JP4698860B2 - タービンの蒸気制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの翼環及び燃焼器等の高温部品に排熱回収ボイラからの蒸気または補助経路からの流体を導入して温度制御するタービンの蒸気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギー資源の有効利用と経済性の観点から、発電設備（発電プラント）では様々な高効率化が図られている。ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたタービン発電プラント（複合発電プラント）もその一つである。複合発電プラントでは、ガスタービンからの高温の排気ガスが排熱回収ボイラに送られ、排熱回収ボイラ内で過熱ユニットを介して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに送って蒸気タービンで仕事をするようになっている。
【０００３】
ガスタービンの燃焼器等の高温部品は空気により冷却されていたが、近年の燃焼温度の高温化にともない蒸気により冷却されるようになってきている。複合発電プラントにおいても、燃焼器等の高温部品を蒸気によって冷却するガスタービンを適用し、蒸気タービンと組み合わせて高効率な発電プラントが計画されている。また、近年のガスタービンの高温化に伴い、タービンの翼環部に蒸気を導入して動翼と翼環部のクリアランスを最適に制御することが種々検討されている。つまり、起動時等には動翼と翼環部の接触をなくすと共に、定常運転時には動翼と翼環部のクリアランスを最小に維持し、安全性と高効率とを両立させるように蒸気により温度制御することが計画されている。
【０００４】
そして、複合発電プラントにおいては、タービンの翼環部に蒸気を導入して動翼と翼環部のクリアランスを最適に制御すると共に、燃焼器等の高温部品を蒸気により冷却することが検討されてきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
蒸気による動翼と翼環部のクリアランス制御と、蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを行うためには、クリアランス制御では、例えば、起動時には比較的高温の蒸気を導入してクリアランスを大きめに制御し、定常運転時等には低温の蒸気を導入してクリアランスを小さめに制御する必要がある一方、高温部品の冷却制御では低温の蒸気を導入する必要がある。このように、蒸気による動翼と翼環部のクリアランス制御と、蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを実施するためには、両者の要求温度を満足する状態に蒸気量等を制御して蒸気を導入する必要がある。しかし、現在の複合発電プラントでは、異なる温度要求を満足することができる蒸気の制御を行うための十分な技術が確立されていないのが現状である。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを両立させることができるタービンの蒸気制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成は、ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラの低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、排熱回収ボイラの高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路及び高圧蒸気流路の蒸気を調節することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気流量及び蒸気温度を調整する流量調整制御手段とを備え、前記流量調整制御手段は、蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気タービンに流通する蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の流量を制御する第１流量制御弁と、高圧蒸気流路に設けられ高圧側蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の温度を制御する第２流量制御弁と、高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気温度を検出する温度検出手段と、高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気圧力状況を検出する圧力検出手段と、温度検出手段及び圧力検出手段の検出状況に基づいて第１流量制御弁及び第２流量制御弁を制御することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気の温度及び流量を所定状態に維持する制御手段とからなることを特徴とする。
【０００８】
そして、高温部品は燃焼器であり、圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、制御手段には、差圧検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられていることを特徴とする。また、制御手段には、差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御するに際し、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令と温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令とを比較し、開度が高い方の指令により第２流量制御弁の開閉を制御する機能が備えられていることを特徴とする。また、制御手段には、第２流量制御弁の開閉が、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるか温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるかを判断する機能が備えられ、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度を、温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度よりも開側に設定する機能が備えられていることを特徴とする。
【０００９】
また、高温部品は燃焼器であり、圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、制御手段には、温度検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられていることを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明のガスタービンの蒸気制御装置は、ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気流路に導入される蒸気量を制御する第１流量制御弁と、高圧蒸気流路に設けられた第２流量制御弁と、ガスタービンの翼環及び高温部品を流通した後の蒸気温度を検出する流通後蒸気温度検出手段と、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路に流入する蒸気流量を調整するために第１流量制御弁の開閉制御を行うと共に高圧蒸気流路の蒸気流量を調整するために第２流量制御弁の開閉制御を行いガスタービンの翼環及び高温部品を流通する蒸気流量を所定状態に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
そして、ガスタービンの翼環及び高温部品の後流側における蒸気流路には第４流量制御弁が設けられ、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路の流量を制御して蒸気流路の流量を確保するように第４流量制御弁の開閉制御を行なう機能と、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに第４流量制御弁を全開に制御する機能とが備えられていることを特徴とする。
【００１４】
また、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに蒸気流路の流量が最大となるように第１流量制御弁を全閉状態に制御する機能が備えられていることが好ましい。また、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに高圧蒸気流路の流量が最大となるように第２流量制御弁を全開状態に制御する機能が備えられていることが好ましい。また、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに蒸気流路の流量が最大となるように第１流量制御弁を全閉状態に制御すると共に第２流量制御弁を全開状態に制御する機能が備えられていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の第１実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を備えた複合発電プラントの概略系統、図２乃至図４には流量調整手段の制御ブロック、図５にはガスタービン出力と蒸気流量の関係、図６にはガスタービン出力と蒸気設定温度の関係を示してある。
【００１６】
図１に示すように、ガスタービン１からの排気ガスが排熱回収ボイラ２に送られるようになっており、排熱回収ボイラ２には、高圧側ユニットである高圧ドラム３及び第１高圧過熱器４、第２高圧過熱器５が備えられていると共に、低圧側ユニットである中圧ドラム６、中圧過熱器７及び再熱器８が備えられている。高圧ドラム３で発生した蒸気（高圧側蒸気）は第１高圧過熱器４、第２高圧過熱器５を経て高圧側蒸気導入路９から高圧蒸気タービン１０に送られる。高圧蒸気タービン１０の排気蒸気は再熱器８を経て蒸気導入路１１から中圧蒸気タービン１２に送られる。そして、中圧蒸気タービン１２の排気蒸気は低圧蒸気タービン１３に送られ、復水器１４で復水されて排熱回収ボイラ２側に回収される。一方、中圧ドラム６の蒸気（低圧側蒸気）は低圧側蒸気導入路としての中圧側蒸気導入路１５から中圧過熱器７及び再熱器８を順次経て中圧蒸気タービン１２に送られる。
【００１７】
中圧側蒸気導入路１５から分岐して蒸気流路１６が設けられ、蒸気流路１６はガスタービン１の翼環及び高温部品である燃焼器１７を経てバイパスし、中圧蒸気タービン１２の入口側における蒸気導入路１１に合流している。また、第２高圧過熱器５の後流側の高圧側蒸気導入路９から分岐して高圧蒸気流路１８が設けられ、高圧蒸気流路１８はガスタービン１の前側における蒸気流路１６に合流している。高圧蒸気流路１８には中圧給水ポンプからの給水が導入される補助流体流路１９が合流している。
【００１８】
蒸気流路１６の分岐部の後流側における中圧側蒸気導入路１５には第１流量制御弁２０が設けられ、第１流量制御弁２０の開閉により中圧側蒸気導入路１５を流通する蒸気量（中圧ドラム６の蒸気圧力）が調整される。また、補助流体流路１９の合流部の前流側における高圧蒸気流路１８には第２流量制御弁２１が設けられ、第２流量制御弁２１の開閉により高圧蒸気流路１８から蒸気流路１６に導入される高圧蒸気の流量が調整される。即ち、蒸気流路１６の蒸気の温度が調整される。更に、補助流体流路１９には第３流量制御弁２２が設けられ、第３流量制御弁２２の開閉により高圧蒸気流路１８に適宜量の中圧給水が導入されて高圧蒸気流路１８内の蒸気が減温され、蒸気流路１６に導入される高圧蒸気の温度が所定温度に制御される。
【００１９】
高圧蒸気流路１８の合流部とガスタービン１との間における蒸気流路１６には温度検出手段T1が設けられ、温度検出手段T1によりガスタービン１に導入される蒸気の温度が検出される。蒸気流路１６の燃焼器１７の入口側と出口側の蒸気圧力差を検出する差圧検出手段P1が設けられ、差圧検出手段P1により燃焼器１７を流通する蒸気の差圧、即ち、流量が検出される。また、補助流体流路１９の合流部の後流側における高圧蒸気流路１８には第２温度検出手段T3が設けられ、第２温度検出手段T3により高圧蒸気流路１８の蒸気温度が検出される。尚、図中の符号で、P2は蒸気流路１６の燃焼器１７の入口側の蒸気圧力を検出する入口圧力検出手段、P3は蒸気流路１６の燃焼器１７の出口側の蒸気圧力を検出する出口圧力検出手段、T2は蒸気流路１６の燃焼器１７の出口側の蒸気温度を検出する出口温度検出手段である。
【００２０】
温度検出手段T1、差圧検出手段P1及び第２温度検出手段T3の検出情報、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報は制御手段２５に入力される。また、制御手段２５にはガスタービン１の出力MWが入力される。制御手段２５には、第１流量制御弁２０に開閉指令を出力する第１出力部３１、第２流量制御弁２１に開閉指令を出力する第２出力部３２及び第３流量制御弁２２に開閉指令を出力する第３出力部３３が備えられている。
【００２１】
差圧検出手段P1の検出情報に応じて（差圧に応じて）第１出力部３１により第１流量制御弁２０を開閉させることにより、中圧蒸気タービン１２側への蒸気の流通が規制されて燃焼器１７を流通する蒸気流量が適正に制御される。また、差圧検出手段P1及び温度検出手段T1の検出情報に応じて第２出力部３２により第２流量制御弁２１を開閉させると共に、第２温度検出手段T3の検出情報に応じて第３出力部により第３流量制御弁２２を開閉させることにより、ガスタービン１及び燃焼器１７を流通する蒸気温度が、適正流量を保った状態で適正に制御される（流量調整手段）。
【００２２】
つまり、第１出力部３１では、燃焼器１７の必要冷却蒸気量が演算されると共に必要冷却蒸気量に見合った差圧が演算され、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第１流量制御弁２０に開閉指令を出力する（差圧制御）。これにより、燃焼器１７には必要冷却蒸気量が供給される。また、第２出力部３２では、ガスタービン１の必要蒸気温度が演算されると共に温度検出手段T1の検出値が演算された温度となるように第２流量制御弁２１に開閉指令を出力する（温度制御）。このとき、第３出力部３３では、蒸気流路１６に導入される蒸気温度（第２温度検出手段T3の検出情報）に基づいて第３流量制御弁２２に開閉指令が出力され、中圧給水の量が適宜制御されて高圧蒸気流路１８の蒸気温度が所定温度に減温される。
【００２３】
温度制御により燃焼器１７を流通する蒸気流量が増減すると、差圧検出手段P1の検出情報により第１流量制御弁２０が開閉制御され、規定の蒸気流量が確保されているが、負荷変動等により中圧蒸気の発生遅れ等が生じ、蒸気流路１６を流通する蒸気の絶対流量が不足した場合は、温度制御に優先して、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第２流量制御弁２１が開閉制御され、高圧蒸気を導入することで蒸気流量を確保する（バックアップ制御）。即ち、第２流量制御弁２１には差圧制御においても開閉指令が出力され、温度制御による開度指令と、差圧制御による開度指令の高い値を選択して第２流量制御弁２１の開度として制御されるようになっている。
【００２４】
上述した蒸気制御装置では、温度の低い中圧ドラム６側の発生蒸気と、温度の高い高圧ドラム３の発生蒸気とを混合し、混合した蒸気流量及び蒸気温度を適切に制御してガスタービン１及び燃焼器１７に導入している。混合を最適に行うため、中圧側蒸気導入路１５に設けられた第１流量制御弁２０の開閉により蒸気流量が制御され、高圧蒸気流路１８に設けられた第２流量制御弁２１の開閉により高圧蒸気流量を調整して蒸気温度が制御されている。また、中圧蒸気が不足した場合には、バックアップ制御により第２流量制御弁２１を開閉して高圧蒸気を流量確保のために導入するようにしている。従って、ガスタービン１の翼環に蒸気を導入してクリアランスを適正に保つための蒸気温度調整と、燃焼器１７を適正に冷却するための蒸気流量調整という、異なる要求を同時に満たすことができ、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器１７の冷却制御とを両立させることが可能になる。
【００２５】
図２乃至図４に基づいて流量調整手段を詳細に説明する。図２には第１出力部３１のブロック構成、図３には第２出力部のブロック構成、図４には第３出力部のブロック構成を示してある。
【００２６】
図２に示すように、第１出力部３１の演算手段４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、変換演算手段４２にはガスタービン１の出力MWが入力され、変換演算手段４２で出力MWが、要求される冷却蒸気流量として変換されて演算手段４１に入力される。演算手段４１では入力情報を差圧相当値に変換して加算手段４３に出力し、加算手段４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段４３では、演算手段４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段４４では求められた差分を開度指令として演算して第１流量制御弁２０に出力する。従って、第１流量制御弁２０は、差圧検出手段P1の検出情報に基づいて開閉が制御され、蒸気流量が適切に制御される。
【００２７】
図３に示すように、第２出力部３２の演算手段４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、第２変換演算手段４５にはガスタービン１の出力MWが入力され、第２変換演算手段４５では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて演算手段４１に入力される。演算手段４１では入力情報が差圧相当値に変換され加算手段４３に出力され、加算手段４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段４３では、演算手段４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段４４では求められた差分を開度指令として演算する。
【００２８】
一方、ガスタービン１の出力MWが温度設定演算手段４６に入力され、温度設定演算手段４６では出力MWが要求される蒸気温度相当値として変換される。変換された蒸気温度相当値は第２加算手段４７に出力され、第２加算手段４７には温度検出手段T1の検出情報が入力される。第２加算手段４７では、温度設定演算手段４６からの蒸気温度相当値の情報と温度検出手段T1の検出情報との差を求め、第２PI演算手段４８では求められた差分を開度指令として演算する。従って、第２流量制御弁２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて開閉が制御され、蒸気温度が適切に制御される。
【００２９】
また、PI演算手段４４からの開度指令（差圧制御）と、第２PI演算手段４８からの開度指令（温度制御）とが高値選択器４９で比較され、高値選択器４９では高い方の値を開度指令として第２流量制御弁２１に出力する。従って、第２流量制御弁２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて温度制御により開閉が制御されると同時に、差圧検出手段P1の検出情報に基づいて差圧制御により開閉が制御され（バックアップ制御）、蒸気温度が適切に制御されると同時に蒸気流量が確保される。つまり、中圧ドラム６側の蒸気流量が不足した場合には、差圧制御が優先されて高圧蒸気が流量確保のために導入される。
【００３０】
図４に示すように、第３出力部３３の第３変換演算手段５１にはガスタービン１の出力MWが入力され、第３変換演算手段５１では出力MWが要求される蒸気温度相当値として変換される。この時の温度相当値は、中圧蒸気温度よりも高く設定される。一方、第２温度検出手段T3の検出情報が第３加算手段５２に入力され、第３加算手段５２には第３変換演算手段５１で変換された温度相当値が入力される。第３加算手段５２では、第３変換演算手段５１からの温度相当値の情報と第２温度検出手段T3の検出情報との差を求め、第３PI演算手段５３では求められた差分を開度指令として演算して第３流量制御弁２２に出力する。従って、第３流量制御弁２２は、第２温度検出手段T3の検出情報に基づいて開閉が制御され、減温するための中圧給水量が適切に制御される。
【００３１】
上述した制御を実施する場合の蒸気流量とガスタービン１の出力MWとの関係を図５に示してある。また、上述した制御を実施する場合の蒸気設定温度とガスタービン１の出力MWとの関係を図６に示してある。
【００３２】
図５に示すように、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、蒸気流量は多くなるように制御される。そして、第１流量制御弁２０の開閉制御による中圧蒸気量（図中実線で示す）が、第２流量制御弁２１の開閉制御による高圧蒸気量（高圧蒸気流路からの蒸気量：図中点線で示す）よりも、多くなるように制御されるようになっている。
【００３３】
また、図６に示すように、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、第２流量制御弁２１及び第３流量制御弁２２の開閉の基になる蒸気設定温度が低くなるように設定されている。即ち、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、高圧蒸気流量及び中圧給水流量が減少するように制御され、例えば、ガスタービン１の出力MWが100%のときに高圧蒸気流路１８の温度が中圧蒸気温度TIに一致するように第２流量制御弁２１及び第３流量制御弁２２の開閉が制御されるようになっている。図中、実線が第２流量制御弁２１を開閉制御するための蒸気設定温度で、点線が第３流量制御弁２２を開閉制御するための蒸気設定温度である。
【００３４】
蒸気制御では、中圧蒸気と高圧蒸気を混合してガスタービン１及び燃焼器１７に導入する蒸気流量及び蒸気温度を制御している。また、中圧蒸気流量が不足している場合に、高圧蒸気をバックアップとして用いている。しかし、バックアップである高圧蒸気の流量には制限があるため、高圧蒸気はできるだけ少ない蒸気流量とすることが好ましい。
【００３５】
中圧蒸気流量が十分に確保されているときは、即ち、温度制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときは、高圧蒸気温度を高くしたほうが（中圧給水量を減らして減温度合いを低下させる）中圧蒸気蒸気量が多くなって高圧蒸気量を減らすことができる。逆に、中圧蒸気流量が不足しているときは、即ち、差圧制御によるバックアップ制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときは、高圧蒸気温度を低くしたほうが（中圧給水量を増やして減温度合いを高める）供給温度が低くなって高圧蒸気量を減らすことができる。そこで、高圧蒸気温度を制御している第３流量制御弁２２の設定を、第２流量制御弁２１が温度制御によって開閉制御されているか、差圧制御によって開閉制御しているかで切り換えることで、高圧蒸気量を減らすことができる。
【００３６】
以下に、第２流量制御弁２１が温度制御中の開閉指令で制御されているか、差圧制御中の開閉指令で制御されているかを判断し、差圧制御中である場合の第３流量制御弁２２の設定を、温度制御中よりも開側に設定する機能を備えた制御手段の実施形態例を図７、図８に基づいて説明する。図７には第２実施形態例に係る制御手段の第２流量制御弁２１の開度指令を出力する第２出力部のブロック構成、図８には第２実施形態例に係る制御手段の第３流量制御弁２２の開度指令を出力する第３出力部のブロック構成を示してある。尚、第１流量制御弁２０の開度指令を出力する第１出力部３１は第２実施形態例の図２と同一であるので、説明は省略してある。
【００３７】
図７に示すように、第２出力部３７の演算手段４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、第２変換演算手段４５にはガスタービン１の出力MWが入力され、第２変換演算手段４５では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて演算手段４１に入力される。演算手段４１では入力情報が差圧相当値に変換され加算手段４３に出力され、加算手段４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段４３では、演算手段４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段４４では求められた差分を開度指令として演算する。
【００３８】
一方、ガスタービン１の出力MWが温度設定演算手段４６に入力され、温度設定演算手段４６では出力MWが、要求される蒸気温度相当値として変換される。変換された蒸気温度相当値は第２加算手段４７及び後述する加算手段５０１に出力され、第２加算手段４７には温度検出手段T1の検出情報が入力される。第２加算手段４７では、温度設定演算手段４６からの蒸気温度相当値の情報と温度検出手段T1の検出情報との差を求め、第２PI演算手段４８では求められた差分を開度指令として演算する。従って、第２流量制御弁２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて開閉が制御され、蒸気温度が適切に制御される。
【００３９】
また、PI演算手段４４からの開度指令（差圧制御）と、第２PI演算手段４８からの開度指令（温度制御）とが高値選択器４９で比較され、高値選択器４９では高い方の値を開度指令として第２流量制御弁２１に出力する。従って、第２流量制御弁２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて温度制御により開閉が制御されると同時に、差圧検出手段P1の検出情報に基づいて差圧制御により開閉が制御され（バックアップ制御）、蒸気温度が適切に制御されると同時に蒸気流量が確保される。つまり、中圧ドラム６側の蒸気流量が不足した場合には、差圧制御が優先されて高圧蒸気が流量確保のために導入される。
【００４０】
そして、第２出力部３７では、PI演算手段４４では求められた差分（差圧制御の指令）と、高値選択器４９で選択された差分（差圧制御もしくは温度制御の指令）とが、第４加算手段５６に入力されて加算される。PI演算手段４４で求められた差分が、例えば、マイナスの値で第４加算手段５６に入力され、高値選択器４９で選択された差分が、例えば、プラスの値で第４加算手段５６に入力される。加算の結果は判定器５７に入力され、判定器５７では加算の結果が０以下かプラスかが判定される。即ち、加算の結果が０以下である場合、差圧制御により第２流量制御弁２１の開閉制御が実施されている状態で、加算の結果がプラスである場合、温度制御により第２流量制御弁２１の開閉制御が実施されている状態となる。判定器５７による判定結果、即ち、第２流量制御弁２１の開閉制御が温度制御によるか差圧制御によるかの判定結果は、図８に示した第３出力部３８に送られる。
【００４１】
図８に示すように、第３出力部３８には、第４変換演算手段６１及び第５変換演算手段６２が備えられ、第４変換演算手段６１及び第５変換演算手段６２にはガスタービン１の出力MWが入力される。第４変換演算手段６１では、出力MWが、差圧制御時における蒸気温度相当値として変換され、第５変換演算手段６２では、出力MWが、温度制御時における蒸気温度相当値として変換される。つまり、差圧制御用である第４変換演算手段６１で変換された蒸気温度相当値が、温度制御用である第５変換演算手段６２で変換された蒸気温度相当値よりも、低い値に設定されている。第４変換演算手段６１及び第５変換演算手段６２で変換された蒸気温度相当値は、それぞれ切換器６３に入力される。切換器６３には、前述した第２出力部３７の判定器５７からの判定結果が入力され、切換器６３では、判定結果に応じて蒸気温度相当値を選択して出力する。即ち、判定結果が０以下である場合、差圧制御用である第４変換演算手段６１で変換された蒸気温度相当値を出力し、判定結果がプラスである場合、温度制御用である第５変換演算手段６２で変換された蒸気温度相当値を出力する。
【００４２】
また、第３出力部３８には、関数手段５０２が備えられ、関数手段５０２には出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。関数手段５０２は、温度上昇につれて出力が増大する関数が記憶されている。関数手段５０２の出力は加算手段５０３の減算側に入力され、加算手段５０３の加算側には切換器６３からの出力が入力される。加算手段５０３では、切換器６３の出力値から関数手段５０２の出力値を減算する。一方、前述した温度設定演算手段４６で変換された蒸気温度相当値が加算手段５０１に入力され、加算手段５０１では所定のバイアス値が加算される。所定のバイアス値が加算された出力値と、加算手段５０３からの出力値は、高値選択器５０４に入力されて比較され、高い方の値が出力される。
【００４３】
一方、第２温度検出手段T3の検出情報が第３加算手段５２に入力され、第３加算手段５２には第３変換演算手段５１で変換された温度相当値が入力される。第３加算手段５２では、高値選択器５０４からの出力値と第２温度検出手段T3の検出情報との差を求め、第３PI演算手段５３では求められた差分を開度指令として演算して第３流量制御弁２２に出力する。従って、第３流量制御弁２２は、第２温度検出手段T3の検出情報に基づいて開閉が制御され、減温するための中圧給水量が温度制御及び差圧制御それぞれで適切に制御される。
【００４４】
つまり、上述した実施形態例では、温度制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときは、中圧給水量が減って蒸気温度が高くなり、結果として中圧蒸気量が増加して（第１流量制御弁２０が差圧検出手段P1の検出情報に基づいて開閉制御されている）高圧蒸気量を減らすことができる。また、差圧制御によるバックアップ制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときは、中圧給水量が増えて蒸気温度が低くなり、供給温度が低くなって高圧蒸気量を減らすことができる。この結果、高圧蒸気量を減らすことができ、プラント効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００４５】
また、切換器６３の出力値から関数手段５０２（温度上昇につれ増大する関数）の出力値を減算して第３加算手段５２に入力することにより、第３流量制御弁２２の開度が開方向に制御され第２温度検出手段T3で検出される高圧バックアップ蒸気の温度(T3)が下がる。ただし、第３加算手段５２に与える蒸気温度相当値（＝蒸気温度T3）が蒸気温度（T1＋α）より低くなることはないので（高圧と中圧とが混合された後の温度T1は高圧の温度T3より低い）、図７の温度設定演算手段４６の出力値（＝蒸気温度T1）に所定のバイアス値を加えた値、または、関数手段５０２の出力値を減算した値の高い方を第３加算手段５２に入力している。即ち、燃焼器１７出口蒸気温度の上昇にて高圧バックアップ蒸気の温度を下げる（入口蒸気温度設定よりも高い範囲内で第３流量制御弁２２の温度設定を下げる）ようにし、第２流量制御弁２１が入口蒸気温度制御中には高圧バックアップ流量が増加し、出口蒸気温度を低下させることが可能になる。また、差圧制御で高圧バックアップ蒸気が導入される場合も、供給温度をさらに下げることで出口蒸気温度は低下しやすくなる。
【００４６】
上述した制御を実施する場合の蒸気設定温度とガスタービン１の出力MWとの関係を図９に示してある。
【００４７】
また、図９に示すように、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、第２流量制御弁２１及び第３流量制御弁２２の開閉の基になる蒸気設定温度が低くなるように設定されている。即ち、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、高圧蒸気流量及び中圧給水流量が減少するように制御される。図中、実線が第２流量制御弁２１を開閉制御するための蒸気設定温度で、点線が温度制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときの第３流量制御弁２２を開閉制御するための蒸気設定温度で、一点鎖線が差圧制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときの第３流量制御弁２２を開閉制御するための蒸気設定温度である。温度制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときの第３流量制御弁２２を開閉制御するための蒸気設定温度が高くなっているため、第３流量制御弁２２は差圧制御のときに比べて閉まり側に制御されて中圧給水量が少なくなる。
【００４８】
図１０に基づいて本発明の第３実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を説明する。図１０には本発明の第３実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を備えた複合発電プラントの概略系統を示してある。尚、図１に示した複合発電プラントと構成部材は同一であるため、同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４９】
図に示すように、中圧蒸気流量を制御する第１流量制御弁２０は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて開閉制御され、高圧蒸気流量を制御する第２流量制御弁２１は差圧検出手段P1の検出情報に基づいて開閉制御される。また、中圧給水量を制御する第３流量制御弁２２は、第２温度検出手段T3の検出情報に基づいて制御される。つまり、蒸気流路１６の蒸気温度に応じて第１流量制御弁２０が開閉制御されて中圧蒸気量が制御され、燃焼器１７の出入口圧力の差圧に応じて第２流量制御弁２１が開閉制御されて高圧蒸気量が制御される。そして、ガスタービン１の出力が高くなるにつれて蒸気流路１６の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように高圧蒸気量と中圧蒸気量が適切に制御される。
【００５０】
第３実施形態例の蒸気制御装置でも、前述した実施形態例と同様に、高圧蒸気と中圧蒸気を混合して、適正な温度及び流量に制御することができ、蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。
【００５１】
尚、蒸気流路１６の圧力状況及び温度状況に基づいて、中圧蒸気側の第１流量制御弁２０及び高圧蒸気側の第２流量制御弁２１の開閉を制御する構成であれば、各種検出情報は上述した実施形態例の検出手段に限定されるものではなく、検出手段として図示の検出手段のいずれかを省略してガスタービン１の負荷や各ドラムの圧力、ガスタービン１の翼環部のクリアランスを直接または間接に検出する等の手段を加えた構成としたり、各検出手段を必要に応じて適宜組み合わせて用いることが可能である。また、補助流体流路１９から導入する流体は、中圧給水に限定されず、高圧蒸気を減温できる流体であればよい。
【００５２】
本発明の第４実施形態例を図１１乃至図１４に基づいて説明する。図１１には本発明の第４実施形態例に係るガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの概略構成、図１２には第１流量制御弁の制御ブロック、図１３には第２流量制御弁の制御ブロック、図１４には蒸気量制御弁の制御ブロックを示してある。
【００５３】
図１１に示すように、ガスタービン１０１からの排気ガスが排熱回収ボイラ１０２に送られるようになっており、排熱回収ボイラ１０２には、高圧側ユニットとして高圧ドラム１０３及び第１高圧過熱器１０４、第２高圧過熱器１０５が備えられていると共に、低圧側ユニットとして中圧ドラム１０６、中圧過熱器１０７及び再熱器１０８が備えられている。高圧ドラム１０３で発生した蒸気は第１高圧過熱器１０４、第２高圧過熱器１０５を経て高圧側蒸気導入路１０９から高圧蒸気タービン１１０に送られる。高圧蒸気タービン１１０の排気蒸気は再熱器１０８を経て蒸気導入路１１１から中圧蒸気タービン１１２に送られる。そして、中圧蒸気タービン１１２の排気蒸気は低圧蒸気タービン１１３に送られ、復水器１１４で復水されて排熱回収ボイラ１０２側に回収される。一方、中圧ドラム１０６の蒸気は蒸気導入路としての中圧側蒸気導入路１１５から中圧過熱器１０７及び再熱器１０８を順次経て中圧蒸気タービン１１２に送られる。
【００５４】
中圧側蒸気導入路１１５から分岐して蒸気流路１１６が設けられ、蒸気流路１１６はガスタービン１０１の翼環及び高温部品である燃焼器１１７を経てバイパスし、中圧蒸気タービン１１２の入口側における蒸気導入路１１１に合流している。燃焼器１１７の出口側における蒸気流路１１６には第４流量制御弁２０１が設けられ、第４流量制御弁２０１の開閉により蒸気流路１１６の蒸気量が調整される。尚、第４流量制御弁２０１は燃焼器１１７の入口側における蒸気流路１１６に設けられることもある。また、第２高圧過熱器１０５の後流側の高圧側蒸気導入路１０９から分岐して高圧蒸気流路１１８が設けられ、高圧蒸気流路１１８はガスタービン１０１の前側における蒸気流路１１６に合流している。高圧蒸気流路１１８には中圧給水ポンプからの給水が導入される補助流体流路１１９が合流している。
【００５５】
蒸気流路１１６の分岐部の後流側における中圧側蒸気導入路１１５には第１流量制御弁１２０が設けられ、第１流量制御弁１２０の開閉により中圧側蒸気導入路１１５を流通する蒸気量が調整される。また、補助流体流路１１９の合流部の前流側における高圧蒸気流路１１８には第２流量制御弁１２１が設けられ、第２流量制御弁１２１の開閉により高圧蒸気流路１１８から蒸気流路１１６に導入される高圧蒸気の流量が調整される。即ち、蒸気流路１１６の蒸気の温度が調整される。更に、補助流体流路１１９には補助流体圧力制御弁としての第３流量制御弁１２２が設けられ、第３流量制御弁１２２の開閉により高圧蒸気流路１１８に適宜量の中圧給水が導入されて高圧蒸気流路１１８内の蒸気が減温され、蒸気流路１１６に導入される高圧蒸気の温度が所定温度に制御される。
【００５６】
高圧蒸気流路１１８の合流部とガスタービン１０１との間における蒸気流路１１６には温度検出手段T1が設けられ、温度検出手段T1によりガスタービン１０１に導入される蒸気の温度が検出される。蒸気流路１１６の燃焼器１１７の入口側と出口側の蒸気圧力差を検出する差圧検出手段P1が設けられ、差圧検出手段P1により燃焼器１１７を流通する蒸気の差圧、即ち、流量が検出される。また、補助流体流路１１９の合流部の後流側における高圧蒸気流路１１８には補助蒸気温度検出手段としての第２温度検出手段T3が設けられ、第２温度検出手段T3により高圧蒸気流路１１８の蒸気温度が検出される。尚、図中の符号で、P2は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の入口側の蒸気圧力を検出する入口圧力検出手段、P3は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の出口側の蒸気圧力を検出する出口圧力検出手段、T2は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の出口側の蒸気温度を検出する冷却後蒸気温度検出手段としての出口温度検出手段である。また、燃焼器１１７の入口側には燃焼器１１７の車室圧を検出する車室圧検出手段P4が設けられている。
【００５７】
温度検出手段T1、差圧検出手段P1及び第２温度検出手段T3、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3、出口温度検出手段T2及び車室圧検出手段P4の検出情報は制御手段１２５に入力される。また、制御手段１２５にはガスタービン１０１の出力MWが入力される。制御手段１２５からは、第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１、第３流量制御弁１２２及び第４流量制御弁２０１に開閉指令が出力される。
【００５８】
差圧検出手段P1の検出情報に応じて（差圧に応じて）第１流量制御弁１２０を開閉させることにより、中圧蒸気タービン１１２側への蒸気の流通が規制されてガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気流量が適正に制御される。また、差圧検出手段P1及び温度検出手段T1の検出情報に応じて第２流量制御弁１２１を開閉させると共に、第２温度検出手段T3の検出情報に応じて第３流量制御弁１２２を開閉させることにより、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気量が適正流量を保った状態で適正に制御される。また、車室圧検出手段P4の検出情報に応じて第４流量制御弁２０１を開閉させることにより、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気流量が適正に制御される。
【００５９】
この時、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気量が適正を保っているにも拘らず何らかの異常により蒸気温度が上昇した場合、出口温度検出手段T2の検出情報に応じて、第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１、第３流量制御弁１２２及び第４流量制御弁２０１が開閉され、蒸気流路１１６の蒸気量が増やされてガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気温度の過上昇が防止される。
【００６０】
つまり、制御手段１２５では、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７の必要冷却蒸気量が演算されると共に必要冷却蒸気量に見合った差圧が演算され、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第１流量制御弁１２０に開閉指令を出力する。これにより、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７には必要冷却蒸気量が供給される。また、制御手段１２５では、ガスタービン１０１の必要蒸気温度が演算されると共に温度検出手段T1の検出値が演算された温度となるように第２流量制御弁１２１に開閉指令を出力する。このとき、制御手段１２５では、蒸気流路１１６に導入される蒸気温度（第２温度検出手段T3の検出情報及び温度検出手段T1の検出情報）に基づいて第３流量制御弁１２２に開閉指令が出力され、中圧給水の量が適宜制御されて高圧蒸気流路１１８の蒸気温度が所定温度に減温される。また、制御手段１２５では、燃焼器１１７の車室圧に応じて第４流量制御弁２０１に開閉指令を出力する。
【００６１】
温度制御によりガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気流量が増減すると、差圧検出手段P1の検出情報により第１流量制御弁１２０が開閉制御され、規定の蒸気流量が確保されているが、負荷変動等により中圧蒸気の発生遅れ等が生じ、蒸気流路１１６を流通する蒸気の絶対流量が不足した場合は、温度制御に優先して、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第２流量制御弁１２１が開閉制御され、高圧蒸気を導入することで蒸気流量を確保する（バックアップ制御）。即ち、第２流量制御弁１２１には差圧制御においても開閉指令が出力され、温度制御による開度指令と、差圧制御による開度指令の高い値を選択して第２流量制御弁１２１の開度として制御されるようになっている。
【００６２】
上述した蒸気制御装置では、温度の低い中圧ドラム１０６側の発生蒸気と、温度の高い高圧ドラム１０３の発生蒸気とを混合し、混合した蒸気流量及び蒸気温度を適切に制御してガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７に導入している。また、混合を最適に行うため、中圧側蒸気導入路１１５に設けられた第１流量制御弁１２０の開閉により蒸気流量が制御され、高圧蒸気流路１１８に設けられた第２流量制御弁１２１の開閉により高圧蒸気流量を調整して蒸気温度が制御されている。また、中圧蒸気が不足した場合には、バックアップ制御により第２流量制御弁１２１を開閉して高圧蒸気を流量確保のために導入するようにしている。更に、燃焼器１１７の車室圧に応じて第４流量制御弁２０１を開閉して蒸気流路１１６を流通する蒸気の流量が制御されている。このため、ガスタービン１０１の翼環に蒸気を導入してクリアランスを適正に保つための蒸気温度調整と、燃焼器１１７を適正に冷却するための蒸気流量調整という、異なる要求を同時に満たすことができ、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器１７の冷却制御とを両立させることが可能になる。
【００６３】
図１２乃至図１４に基づいて第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１及び第４流量制御弁２０１の制御状況を詳細に説明する。図１２には第１流量制御弁１２０の制御ブロック構成、図１３には第２流量制御弁１２１の制御ブロック構成、図１４には第４流量制御弁２０１の制御ブロック構成を示してある。
【００６４】
図１２に示すように、制御手段１２５の演算手段１４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、変換演算手段１４２にはガスタービン１０１の出力MWが入力され、変換演算手段１４２では出力MWが、要求される蒸気流量として変換されて加算手段１５１に入力される。一方、出口温度検出手段T2の検出情報に基づいて温度に応じたバイアスが関数手段１５０で演算されて加算手段１５１で要求される蒸気流量に加算され、演算手段１４１に入力される。
【００６５】
具体的に要求される冷却蒸気流量は、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって多くなるようにバイアス値が設定されている。即ち、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって第１流量制御弁１２０が閉側に作動されて蒸気流路１１６に送られる蒸気量が多くなるように制御される。演算手段１４１では入力情報を差圧相当値に変換して加算手段１４３に出力し、加算手段１４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段１４３では、演算手段１４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段１４４では求められた差分を０側情報の開度指令として、０側情報を選択手段１５２に送る。選択手段１５２には全閉指令（最小開度、例えば３％乃至５％の開度）が指令手段１５３から１側情報として送られている。
【００６６】
選択手段１５２は通常はオフにされ、比較手段１５４からの指令があった際にオンになる。即ち、選択手段１５２は、オンになることで０側情報から１側情報に出力指令が切り換えられるようになっており、オフの場合、０側情報の開度指令（ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況に応じた開度指令）が第１流量制御弁１２０に出力され、オンの場合、１側情報の開度指令（全閉指令）が第１流量制御弁１２０に出力される。比較手段１５４には出口温度検出手段T2の検出情報が入力され、比較手段１５４の結果が選択手段１５２に送られる。比較手段１５４で出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えているとされた場合、比較手段１５４から選択手段１５２にオン信号が出され、選択手段１５２が１側情報の開度指令に切り換えられる。
【００６７】
従って、第１流量制御弁１２０は、ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況の検出情報に基づいて蒸気流路１１６の蒸気量が所定流量となるように開閉が制御されると共に、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度に応じて、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には温度上昇分蒸気流路１１６の蒸気量が増加するように閉側に制御される。更に、第１流量制御弁１２０は、出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えた場合には全閉指令（最小開度指令）により全閉状態とされ、中圧ドラム１０６からの蒸気が蒸気流路１１６に全量送られる。
【００６８】
図１３に示すように、制御装置１２５の演算手段１４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、第２変換演算手段１４５にはガスタービン１０１の出力MWが入力され、第２変換演算手段１４５では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて加算手段１６２に入力される。一方、出口温度検出手段T2の検出情報に基づいて温度に応じたバイアスが関数手段１６１で演算されて加算手段１６２で要求されるバックアップ用蒸気流量に加算され、演算手段１４１に入力される。
【００６９】
そして、演算手段１４１では入力情報が差圧相当値に変換され加算手段１４３に出力され、加算手段１４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段１４３では、演算手段１４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段１４４では求められた差分を開度指令として演算する。
【００７０】
具体的に要求される冷却蒸気流量は、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって多くなるようにバイアス値が設定されている。即ち、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって第２流量制御弁１２１が開側に作動されて高圧蒸気流路１１８から蒸気流路１１６に送られる蒸気量が多くなるように制御される。
【００７１】
一方、温度検出手段T1の検出情報が加算手段６０１に減算側として入力され、ガスタービン１０１の出力MWが温度設定演算手段６０２で蒸気温度相当の値とされ加算手段６０１に加算側として入力される。加算手段６０１では、温度設定演算手段６０２からの蒸気温度相当値の情報と温度検出手段T1の検出情報との差を求め、PI演算手段６０３では求められた差分を開度指令として演算する。また、PI演算手段６０３からの開度指令（差圧制御）と、PI演算手段１４４からの開度指令（温度制御）とが高値選択器６０４で比較され、高値選択器６０４では高い方の値を開度指令として第２流量制御弁１２１に出力する。
【００７２】
従って、第２流量制御弁１２１は、ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況の検出情報に基づいて蒸気流路１１６の蒸気量が所定流量となるように開閉が制御されると共に、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度に応じて、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には温度上昇分蒸気流路１１６の蒸気量が増加するように開側に制御される。また、第２流量制御弁１２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて温度制御により開閉が制御されると同時に、差圧検出手段P1の検出情報に基づいて差圧制御により開閉が制御され（バックアップ制御）、蒸気温度が適切に制御されると同時に蒸気流量が確保される。つまり、中圧ドラム１０６側の蒸気流量が不足した場合には、差圧制御が優先されて高圧蒸気が流量確保のために導入される。
【００７３】
図１４に示すように、制御装置１２５の加算手段２１０には指令手段２１１からの指令情報と車室圧検出手段P4の検出情報が入力される。加算手段２１０からの情報は加算手段２１２で出口圧力検出手段P3の検出情報が加算される。これらの情報に基づいてPI演算手段２１３では第４流量制御弁２０１の開度指令が演算される。PI演算手段２１３では求められた開度指令を０側情報として、０側情報を選択手段２１４に送る。選択手段１５２には全開指令が指令手段２１５から１側情報として送られている。
【００７４】
選択手段２１５は通常はオフにされ、比較手段２１６からの指令があった際にオンになる。即ち、選択手段２１５は、オンになることで０側情報から１側情報に出力指令が切り換えられるようになっており、オフの場合、０側情報の開度指令（車室圧力及び燃焼器１１７の出口側圧力に応じた開度指令）が第４流量制御弁２０１に出力され、オンの場合、１側情報の開度指令（全開指令）が第４流量制御弁２０１にに出力される。比較手段２１６には出口温度検出手段T2の検出情報が入力され、比較手段２１６の結果が選択手段２１４に送られる。比較手段２１６で出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えているとされた場合、比較手段２１６から選択手段２１５にオン信号が出され、選択手段２１４が１側情報の開度指令に切り換えられる。
【００７５】
従って、燃焼器１１７の出口側の温度が上昇して出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が所定値（上限値）を越えた場合には、第４流量制御弁２０１が全開となって冷却用蒸気が増量される。これにより、所定量に冷却蒸気量が制御されているにも拘らず冷却蒸気温度が上昇して所定値（上限値）を越えた場合も、冷却蒸気量が増量されるようになっている。
【００７６】
このため、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって冷却用蒸気が増量されると共に、出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えた場合には、中圧ドラム１０６からの蒸気が蒸気流路１１６に全量送られると共に第４流量制御弁２０１が全開となって冷却用蒸気が増量される。これにより、所定量に冷却蒸気量が制御されているにも拘らず冷却蒸気温度が上昇しても、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７が保護されるようになっている。
【００７７】
従って、何らかの異常によりガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７に供給される冷却蒸気の温度が上昇して損傷等の虞が生じた場合に、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７に送られる冷却蒸気の流量を増加して翼環及び燃焼器１１７を保護することが可能になる。従って、燃焼器１１７の出口側の温度が上昇してもインターロック機能を用いることなくガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を保護することができる蒸気制御装置となる。
【００７８】
このため、ガスタービン１０１の翼環に蒸気を導入してクリアランスを適正に保つための蒸気温度調整と、燃焼器１１７を適正に冷却するための蒸気流量調整という、異なる要求を翼環及び燃焼器１１７を保護した状態で同時に満たすことができ、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器１１７の冷却制御とを高い信頼性で両立させることが可能になる。
【００７９】
燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際における第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の開閉制御は、例えば、第１流量制御弁１２０の閉動作により中圧ドラム１０６からの蒸気を蒸気流路１１６に送り、第１流量制御弁１２０を全閉状態にしても燃焼器１１７の出口側の温度が高い場合に第２流量制御弁１２１を開動作させて高圧蒸気流路１１８側からの蒸気量を増量するようになっている。そして、燃焼器１１７の出口側の温度が所定値（上限値）を越えた場合に第４流量制御弁２０１を全開にして冷却用蒸気を増量する。尚、第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の開閉制御の状況は、設備の能力等により適宜設定され、所定流量の確保と所定温度の確保が両立できるように他の制御弁との開閉と組み合わせて実施される。また、第４流量制御弁２０１の開閉制御は、燃焼器１１７の出口側の温度が所定値（上限値）を越える前に上昇した温度に応じて適宜開閉し、所定値（上限値）を越えたときに全開にするようにしてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
本発明のタービンの蒸気制御装置は、ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラの低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、排熱回収ボイラの高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路及び高圧蒸気流路の蒸気を調節することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気流量及び蒸気温度を調整する流量調整制御手段とを備え、前記流量調整制御手段は、蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気タービンに流通する蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の流量を制御する第１流量制御弁と、高圧蒸気流路に設けられ高圧側蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の温度を制御する第２流量制御弁と、高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気温度を検出する温度検出手段と、高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気圧力状況を検出する圧力検出手段と、温度検出手段及び圧力検出手段の検出状況に基づいて第１流量制御弁及び第２流量制御弁を制御することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気の温度及び流量を所定状態に維持する制御手段とからなるので、高圧蒸気と中圧蒸気を混合して、ガスタービンと高温部品側に導入する蒸気を適正な温度及び流量に制御することができ、蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。この結果、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを両立させることが可能になる。また、高価な検出手段や弁部材を用いることなく蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。
【００８２】
また、高温部品は燃焼器であり、圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、制御手段には、差圧検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられているので、ガスタービンの運転状況に応じて最適に蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。
【００８３】
また、制御手段には、差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御するに際し、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令と温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令とを比較し、開度が高い方の指令により第１流量制御弁の開閉を制御する機能が備えられているので、高圧側蒸気を流量確保のためのバックアップ蒸気として用いることができる。
【００８４】
また、制御手段には、第２流量制御弁の開閉が、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるか温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるかを判断する機能が備えられ、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度を、温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度よりも開側に設定する機能が備えられているので、高圧側蒸気が適用される制御に応じて高圧側蒸気の温度を変更して高圧側蒸気流量を最小限に抑えることができる。
【００８５】
また、高温部品は燃焼器であり、圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、制御手段には、温度検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられているので、高圧蒸気と中圧蒸気を混合して、適正な温度及び流量に制御することができ、蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。
【００８８】
また、本発明のガスタービンの蒸気制御装置は、ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気流路に導入される蒸気量を制御する第１流量制御弁と、高圧蒸気流路に設けられた第２流量制御弁と、ガスタービンの翼環及び高温部品を流通した後の蒸気温度を検出する流通後蒸気温度検出手段と、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路に流入する蒸気流量を調整するために第１流量制御弁の開閉制御を行うと共に高圧蒸気流路の蒸気流量を調整するために第２流量制御弁の開閉制御を行いガスタービンの翼環及び高温部品を流通する蒸気流量を所定状態に制御する制御手段とを備えたので、ガスタービンの翼環と高温部品側に導入する蒸気を適正な温度及び流量に制御することができ、蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができると共に、温度制御後の蒸気温度が高くなった際にはガスタービンの翼環及び高温部品に導かれる蒸気流量を増量するように第１流量制御弁及び第２流量制御弁を制御することで温度制御用の蒸気量を増量して翼環及び高温部品の保護が可能になる。この結果、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを高い信頼性で両立させることが可能になると共に、高温部品の出口側の温度が上昇してもインターロック機能を用いることなく翼環部及び高温部品が保護される。
【００８９】
そして、ガスタービンの翼環及び高温部品の後流側における蒸気流路には第４流量制御弁が設けられ、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路の流量を制御して蒸気流路の流量を確保するように第４流量制御弁の開閉制御を行なう機能と、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに第４流量制御弁を全開に制御する機能とが備えられているので、蒸気温度が上限値を越えたときには最大量を蒸気流路に通すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を備えた複合発電プラントの概略構成図。
【図２】流量調整手段の制御ブロック図。
【図３】流量調整手段の制御ブロック図。
【図４】流量調整手段の制御ブロック図。
【図５】ガスタービン出力と蒸気流量の関係を表すグラフ。
【図６】ガスタービン出力と蒸気設定温度の関係を表すグラフ。
【図７】第２実施形態例に係る制御手段のブロック構成図。
【図８】第２実施形態例に係る制御手段のブロック構成図。
【図９】ガスタービン出力と蒸気設定温度の関係を表すグラフ。
【図１０】本発明の第３実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を備えた複合発電プラントの概略構成図。
【図１１】本発明の第４実施形態例に係るガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの概略構成図。
【図１２】第１流量制御弁の制御ブロック図。
【図１３】第２流量制御弁の制御ブロック図。
【図１４】蒸気量制御弁の制御ブロック図。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 排熱回収ボイラ
３ 高圧ドラム
４ 第１高圧過熱器
５ 第２高圧過熱器
６ 中圧ドラム
７ 中圧過熱器
８ 再熱器
９ 高圧側蒸気導入路
１０ 高圧蒸気タービン
１１ 蒸気導入路
１２ 中圧蒸気タービン
１３ 低圧蒸気タービン
１４ 復水器
１５ 中圧側蒸気導入路
１６ 蒸気流路
１７ 燃焼器
１８ 高圧蒸気流路
１９ 補助流体流路
２０ 第１流量制御弁
２１ 第２流量制御弁
２２ 第３流量制御弁
２５ 制御手段
３１ 第１出力部
３２，３７ 第２出力部
３３，３８ 第３出力部
４１ 演算手段
４２ 変換演算器
４３ 加算手段
４４ PI演算手段
４５ 第２変換演算手段
４６ 温度設定演算手段
４７ 第２加算手段
４８ 第２PI演算手段
４９ 高値選択器
５１ 第３変換演算手段
５２ 第３加算手段
５３ 第３PI演算手段
５６ 第４加算手段
５７ 判定器
６１ 第４変換演算手段
６２ 第５変換演算手段
６３ 切換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの翼環及び燃焼器等の高温部品に排熱回収ボイラからの蒸気または補助経路からの流体を導入して温度制御するタービンの蒸気制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エネルギー資源の有効利用と経済性の観点から、発電設備（発電プラント）では様々な高効率化が図られている。ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたタービン発電プラント（複合発電プラント）もその一つである。複合発電プラントでは、ガスタービンからの高温の排気ガスが排熱回収ボイラに送られ、排熱回収ボイラ内で過熱ユニットを介して蒸気を発生させ、発生した蒸気を蒸気タービンに送って蒸気タービンで仕事をするようになっている。
【０００３】
ガスタービンの燃焼器等の高温部品は空気により冷却されていたが、近年の燃焼温度の高温化にともない蒸気により冷却されるようになってきている。複合発電プラントにおいても、燃焼器等の高温部品を蒸気によって冷却するガスタービンを適用し、蒸気タービンと組み合わせて高効率な発電プラントが計画されている。また、近年のガスタービンの高温化に伴い、タービンの翼環部に蒸気を導入して動翼と翼環部のクリアランスを最適に制御することが種々検討されている。つまり、起動時等には動翼と翼環部の接触をなくすと共に、定常運転時には動翼と翼環部のクリアランスを最小に維持し、安全性と高効率とを両立させるように蒸気により温度制御することが計画されている。
【０００４】
そして、複合発電プラントにおいては、タービンの翼環部に蒸気を導入して動翼と翼環部のクリアランスを最適に制御すると共に、燃焼器等の高温部品を蒸気により冷却することが検討されてきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
蒸気による動翼と翼環部のクリアランス制御と、蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを行うためには、クリアランス制御では、例えば、起動時には比較的高温の蒸気を導入してクリアランスを大きめに制御し、定常運転時等には低温の蒸気を導入してクリアランスを小さめに制御する必要がある一方、高温部品の冷却制御では低温の蒸気を導入する必要がある。このように、蒸気による動翼と翼環部のクリアランス制御と、蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを実施するためには、両者の要求温度を満足する状態に蒸気量等を制御して蒸気を導入する必要がある。しかし、現在の複合発電プラントでは、異なる温度要求を満足することができる蒸気の制御を行うための十分な技術が確立されていないのが現状である。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを両立させることができるタービンの蒸気制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の構成は、ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラの低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、排熱回収ボイラの高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路及び高圧蒸気流路の蒸気を調節することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気流量及び蒸気温度を調整する流量調整制御手段とを備え、前記流量調整制御手段は、蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気タービンに流通する蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の流量を制御する第１流量制御弁と、高圧蒸気流路に設けられ高圧側蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の温度を制御する第２流量制御弁と、高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気温度を検出する温度検出手段と、高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気圧力状況を検出する圧力検出手段と、温度検出手段及び圧力検出手段の検出状況に基づいて第１流量制御弁及び第２流量制御弁を制御することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気の温度及び流量を所定状態に維持する制御手段とからなることを特徴とする。
【０００８】
そして、高温部品は燃焼器であり、圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、制御手段には、差圧検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられていることを特徴とする。また、制御手段には、差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御するに際し、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令と温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令とを比較し、開度が高い方の指令により第２流量制御弁の開閉を制御する機能が備えられていることを特徴とする。また、制御手段には、第２流量制御弁の開閉が、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるか温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるかを判断する機能が備えられ、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度を、温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度よりも開側に設定する機能が備えられていることを特徴とする。
【０００９】
また、高温部品は燃焼器であり、圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、制御手段には、温度検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられていることを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明のガスタービンの蒸気制御装置は、ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気流路に導入される蒸気量を制御する第１流量制御弁と、高圧蒸気流路に設けられた第２流量制御弁と、ガスタービンの翼環及び高温部品を流通した後の蒸気温度を検出する流通後蒸気温度検出手段と、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路に流入する蒸気流量を調整するために第１流量制御弁の開閉制御を行うと共に高圧蒸気流路の蒸気流量を調整するために第２流量制御弁の開閉制御を行いガスタービンの翼環及び高温部品を流通する蒸気流量を所定状態に制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
そして、ガスタービンの翼環及び高温部品の後流側における蒸気流路には第４流量制御弁が設けられ、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路の流量を制御して蒸気流路の流量を確保するように第４流量制御弁の開閉制御を行なう機能と、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに第４流量制御弁を全開に制御する機能とが備えられていることを特徴とする。
【００１４】
また、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに蒸気流路の流量が最大となるように第１流量制御弁を全閉状態に制御する機能が備えられていることが好ましい。また、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに高圧蒸気流路の流量が最大となるように第２流量制御弁を全開状態に制御する機能が備えられていることが好ましい。また、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに蒸気流路の流量が最大となるように第１流量制御弁を全閉状態に制御すると共に第２流量制御弁を全開状態に制御する機能が備えられていることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の第１実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を備えた複合発電プラントの概略系統、図２乃至図４には流量調整手段の制御ブロック、図５にはガスタービン出力と蒸気流量の関係、図６にはガスタービン出力と蒸気設定温度の関係を示してある。
【００１６】
図１に示すように、ガスタービン１からの排気ガスが排熱回収ボイラ２に送られるようになっており、排熱回収ボイラ２には、高圧側ユニットである高圧ドラム３及び第１高圧過熱器４、第２高圧過熱器５が備えられていると共に、低圧側ユニットである中圧ドラム６、中圧過熱器７及び再熱器８が備えられている。高圧ドラム３で発生した蒸気（高圧側蒸気）は第１高圧過熱器４、第２高圧過熱器５を経て高圧側蒸気導入路９から高圧蒸気タービン１０に送られる。高圧蒸気タービン１０の排気蒸気は再熱器８を経て蒸気導入路１１から中圧蒸気タービン１２に送られる。そして、中圧蒸気タービン１２の排気蒸気は低圧蒸気タービン１３に送られ、復水器１４で復水されて排熱回収ボイラ２側に回収される。一方、中圧ドラム６の蒸気（低圧側蒸気）は低圧側蒸気導入路としての中圧側蒸気導入路１５から中圧過熱器７及び再熱器８を順次経て中圧蒸気タービン１２に送られる。
【００１７】
中圧側蒸気導入路１５から分岐して蒸気流路１６が設けられ、蒸気流路１６はガスタービン１の翼環及び高温部品である燃焼器１７を経てバイパスし、中圧蒸気タービン１２の入口側における蒸気導入路１１に合流している。また、第２高圧過熱器５の後流側の高圧側蒸気導入路９から分岐して高圧蒸気流路１８が設けられ、高圧蒸気流路１８はガスタービン１の前側における蒸気流路１６に合流している。高圧蒸気流路１８には中圧給水ポンプからの給水が導入される補助流体流路１９が合流している。
【００１８】
蒸気流路１６の分岐部の後流側における中圧側蒸気導入路１５には第１流量制御弁２０が設けられ、第１流量制御弁２０の開閉により中圧側蒸気導入路１５を流通する蒸気量（中圧ドラム６の蒸気圧力）が調整される。また、補助流体流路１９の合流部の前流側における高圧蒸気流路１８には第２流量制御弁２１が設けられ、第２流量制御弁２１の開閉により高圧蒸気流路１８から蒸気流路１６に導入される高圧蒸気の流量が調整される。即ち、蒸気流路１６の蒸気の温度が調整される。更に、補助流体流路１９には第３流量制御弁２２が設けられ、第３流量制御弁２２の開閉により高圧蒸気流路１８に適宜量の中圧給水が導入されて高圧蒸気流路１８内の蒸気が減温され、蒸気流路１６に導入される高圧蒸気の温度が所定温度に制御される。
【００１９】
高圧蒸気流路１８の合流部とガスタービン１との間における蒸気流路１６には温度検出手段T1が設けられ、温度検出手段T1によりガスタービン１に導入される蒸気の温度が検出される。蒸気流路１６の燃焼器１７の入口側と出口側の蒸気圧力差を検出する差圧検出手段P1が設けられ、差圧検出手段P1により燃焼器１７を流通する蒸気の差圧、即ち、流量が検出される。また、補助流体流路１９の合流部の後流側における高圧蒸気流路１８には第２温度検出手段T3が設けられ、第２温度検出手段T3により高圧蒸気流路１８の蒸気温度が検出される。尚、図中の符号で、P2は蒸気流路１６の燃焼器１７の入口側の蒸気圧力を検出する入口圧力検出手段、P3は蒸気流路１６の燃焼器１７の出口側の蒸気圧力を検出する出口圧力検出手段、T2は蒸気流路１６の燃焼器１７の出口側の蒸気温度を検出する出口温度検出手段である。
【００２０】
温度検出手段T1、差圧検出手段P1及び第２温度検出手段T3の検出情報、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報は制御手段２５に入力される。また、制御手段２５にはガスタービン１の出力MWが入力される。制御手段２５には、第１流量制御弁２０に開閉指令を出力する第１出力部３１、第２流量制御弁２１に開閉指令を出力する第２出力部３２及び第３流量制御弁２２に開閉指令を出力する第３出力部３３が備えられている。
【００２１】
差圧検出手段P1の検出情報に応じて（差圧に応じて）第１出力部３１により第１流量制御弁２０を開閉させることにより、中圧蒸気タービン１２側への蒸気の流通が規制されて燃焼器１７を流通する蒸気流量が適正に制御される。また、差圧検出手段P1及び温度検出手段T1の検出情報に応じて第２出力部３２により第２流量制御弁２１を開閉させると共に、第２温度検出手段T3の検出情報に応じて第３出力部により第３流量制御弁２２を開閉させることにより、ガスタービン１及び燃焼器１７を流通する蒸気温度が、適正流量を保った状態で適正に制御される（流量調整手段）。
【００２２】
つまり、第１出力部３１では、燃焼器１７の必要冷却蒸気量が演算されると共に必要冷却蒸気量に見合った差圧が演算され、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第１流量制御弁２０に開閉指令を出力する（差圧制御）。これにより、燃焼器１７には必要冷却蒸気量が供給される。また、第２出力部３２では、ガスタービン１の必要蒸気温度が演算されると共に温度検出手段T1の検出値が演算された温度となるように第２流量制御弁２１に開閉指令を出力する（温度制御）。このとき、第３出力部３３では、蒸気流路１６に導入される蒸気温度（第２温度検出手段T3の検出情報）に基づいて第３流量制御弁２２に開閉指令が出力され、中圧給水の量が適宜制御されて高圧蒸気流路１８の蒸気温度が所定温度に減温される。
【００２３】
温度制御により燃焼器１７を流通する蒸気流量が増減すると、差圧検出手段P1の検出情報により第１流量制御弁２０が開閉制御され、規定の蒸気流量が確保されているが、負荷変動等により中圧蒸気の発生遅れ等が生じ、蒸気流路１６を流通する蒸気の絶対流量が不足した場合は、温度制御に優先して、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第２流量制御弁２１が開閉制御され、高圧蒸気を導入することで蒸気流量を確保する（バックアップ制御）。即ち、第２流量制御弁２１には差圧制御においても開閉指令が出力され、温度制御による開度指令と、差圧制御による開度指令の高い値を選択して第２流量制御弁２１の開度として制御されるようになっている。
【００２４】
上述した蒸気制御装置では、温度の低い中圧ドラム６側の発生蒸気と、温度の高い高圧ドラム３の発生蒸気とを混合し、混合した蒸気流量及び蒸気温度を適切に制御してガスタービン１及び燃焼器１７に導入している。混合を最適に行うため、中圧側蒸気導入路１５に設けられた第１流量制御弁２０の開閉により蒸気流量が制御され、高圧蒸気流路１８に設けられた第２流量制御弁２１の開閉により高圧蒸気流量を調整して蒸気温度が制御されている。また、中圧蒸気が不足した場合には、バックアップ制御により第２流量制御弁２１を開閉して高圧蒸気を流量確保のために導入するようにしている。従って、ガスタービン１の翼環に蒸気を導入してクリアランスを適正に保つための蒸気温度調整と、燃焼器１７を適正に冷却するための蒸気流量調整という、異なる要求を同時に満たすことができ、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器１７の冷却制御とを両立させることが可能になる。
【００２５】
図２乃至図４に基づいて流量調整手段を詳細に説明する。図２には第１出力部３１のブロック構成、図３には第２出力部のブロック構成、図４には第３出力部のブロック構成を示してある。
【００２６】
図２に示すように、第１出力部３１の演算手段４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、変換演算手段４２にはガスタービン１の出力MWが入力され、変換演算手段４２で出力MWが、要求される冷却蒸気流量として変換されて演算手段４１に入力される。演算手段４１では入力情報を差圧相当値に変換して加算手段４３に出力し、加算手段４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段４３では、演算手段４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段４４では求められた差分を開度指令として演算して第１流量制御弁２０に出力する。従って、第１流量制御弁２０は、差圧検出手段P1の検出情報に基づいて開閉が制御され、蒸気流量が適切に制御される。
【００２７】
図３に示すように、第２出力部３２の演算手段４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、第２変換演算手段４５にはガスタービン１の出力MWが入力され、第２変換演算手段４５では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて演算手段４１に入力される。演算手段４１では入力情報が差圧相当値に変換され加算手段４３に出力され、加算手段４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段４３では、演算手段４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段４４では求められた差分を開度指令として演算する。
【００２８】
一方、ガスタービン１の出力MWが温度設定演算手段４６に入力され、温度設定演算手段４６では出力MWが要求される蒸気温度相当値として変換される。変換された蒸気温度相当値は第２加算手段４７に出力され、第２加算手段４７には温度検出手段T1の検出情報が入力される。第２加算手段４７では、温度設定演算手段４６からの蒸気温度相当値の情報と温度検出手段T1の検出情報との差を求め、第２PI演算手段４８では求められた差分を開度指令として演算する。従って、第２流量制御弁２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて開閉が制御され、蒸気温度が適切に制御される。
【００２９】
また、PI演算手段４４からの開度指令（差圧制御）と、第２PI演算手段４８からの開度指令（温度制御）とが高値選択器４９で比較され、高値選択器４９では高い方の値を開度指令として第２流量制御弁２１に出力する。従って、第２流量制御弁２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて温度制御により開閉が制御されると同時に、差圧検出手段P1の検出情報に基づいて差圧制御により開閉が制御され（バックアップ制御）、蒸気温度が適切に制御されると同時に蒸気流量が確保される。つまり、中圧ドラム６側の蒸気流量が不足した場合には、差圧制御が優先されて高圧蒸気が流量確保のために導入される。
【００３０】
図４に示すように、第３出力部３３の第３変換演算手段５１にはガスタービン１の出力MWが入力され、第３変換演算手段５１では出力MWが要求される蒸気温度相当値として変換される。この時の温度相当値は、中圧蒸気温度よりも高く設定される。一方、第２温度検出手段T3の検出情報が第３加算手段５２に入力され、第３加算手段５２には第３変換演算手段５１で変換された温度相当値が入力される。第３加算手段５２では、第３変換演算手段５１からの温度相当値の情報と第２温度検出手段T3の検出情報との差を求め、第３PI演算手段５３では求められた差分を開度指令として演算して第３流量制御弁２２に出力する。従って、第３流量制御弁２２は、第２温度検出手段T3の検出情報に基づいて開閉が制御され、減温するための中圧給水量が適切に制御される。
【００３１】
上述した制御を実施する場合の蒸気流量とガスタービン１の出力MWとの関係を図５に示してある。また、上述した制御を実施する場合の蒸気設定温度とガスタービン１の出力MWとの関係を図６に示してある。
【００３２】
図５に示すように、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、蒸気流量は多くなるように制御される。そして、第１流量制御弁２０の開閉制御による中圧蒸気量（図中実線で示す）が、第２流量制御弁２１の開閉制御による高圧蒸気量（高圧蒸気流路からの蒸気量：図中点線で示す）よりも、多くなるように制御されるようになっている。
【００３３】
また、図６に示すように、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、第２流量制御弁２１及び第３流量制御弁２２の開閉の基になる蒸気設定温度が低くなるように設定されている。即ち、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、高圧蒸気流量及び中圧給水流量が減少するように制御され、例えば、ガスタービン１の出力MWが100%のときに高圧蒸気流路１８の温度が中圧蒸気温度TIに一致するように第２流量制御弁２１及び第３流量制御弁２２の開閉が制御されるようになっている。図中、実線が第２流量制御弁２１を開閉制御するための蒸気設定温度で、点線が第３流量制御弁２２を開閉制御するための蒸気設定温度である。
【００３４】
蒸気制御では、中圧蒸気と高圧蒸気を混合してガスタービン１及び燃焼器１７に導入する蒸気流量及び蒸気温度を制御している。また、中圧蒸気流量が不足している場合に、高圧蒸気をバックアップとして用いている。しかし、バックアップである高圧蒸気の流量には制限があるため、高圧蒸気はできるだけ少ない蒸気流量とすることが好ましい。
【００３５】
中圧蒸気流量が十分に確保されているときは、即ち、温度制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときは、高圧蒸気温度を高くしたほうが（中圧給水量を減らして減温度合いを低下させる）中圧蒸気蒸気量が多くなって高圧蒸気量を減らすことができる。逆に、中圧蒸気流量が不足しているときは、即ち、差圧制御によるバックアップ制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときは、高圧蒸気温度を低くしたほうが（中圧給水量を増やして減温度合いを高める）供給温度が低くなって高圧蒸気量を減らすことができる。そこで、高圧蒸気温度を制御している第３流量制御弁２２の設定を、第２流量制御弁２１が温度制御によって開閉制御されているか、差圧制御によって開閉制御しているかで切り換えることで、高圧蒸気量を減らすことができる。
【００３６】
以下に、第２流量制御弁２１が温度制御中の開閉指令で制御されているか、差圧制御中の開閉指令で制御されているかを判断し、差圧制御中である場合の第３流量制御弁２２の設定を、温度制御中よりも開側に設定する機能を備えた制御手段の実施形態例を図７、図８に基づいて説明する。図７には第２実施形態例に係る制御手段の第２流量制御弁２１の開度指令を出力する第２出力部のブロック構成、図８には第２実施形態例に係る制御手段の第３流量制御弁２２の開度指令を出力する第３出力部のブロック構成を示してある。尚、第１流量制御弁２０の開度指令を出力する第１出力部３１は第２実施形態例の図２と同一であるので、説明は省略してある。
【００３７】
図７に示すように、第２出力部３７の演算手段４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、第２変換演算手段４５にはガスタービン１の出力MWが入力され、第２変換演算手段４５では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて演算手段４１に入力される。演算手段４１では入力情報が差圧相当値に変換され加算手段４３に出力され、加算手段４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段４３では、演算手段４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段４４では求められた差分を開度指令として演算する。
【００３８】
一方、ガスタービン１の出力MWが温度設定演算手段４６に入力され、温度設定演算手段４６では出力MWが、要求される蒸気温度相当値として変換される。変換された蒸気温度相当値は第２加算手段４７及び後述する加算手段５０１に出力され、第２加算手段４７には温度検出手段T1の検出情報が入力される。第２加算手段４７では、温度設定演算手段４６からの蒸気温度相当値の情報と温度検出手段T1の検出情報との差を求め、第２PI演算手段４８では求められた差分を開度指令として演算する。従って、第２流量制御弁２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて開閉が制御され、蒸気温度が適切に制御される。
【００３９】
また、PI演算手段４４からの開度指令（差圧制御）と、第２PI演算手段４８からの開度指令（温度制御）とが高値選択器４９で比較され、高値選択器４９では高い方の値を開度指令として第２流量制御弁２１に出力する。従って、第２流量制御弁２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて温度制御により開閉が制御されると同時に、差圧検出手段P1の検出情報に基づいて差圧制御により開閉が制御され（バックアップ制御）、蒸気温度が適切に制御されると同時に蒸気流量が確保される。つまり、中圧ドラム６側の蒸気流量が不足した場合には、差圧制御が優先されて高圧蒸気が流量確保のために導入される。
【００４０】
そして、第２出力部３７では、PI演算手段４４では求められた差分（差圧制御の指令）と、高値選択器４９で選択された差分（差圧制御もしくは温度制御の指令）とが、第４加算手段５６に入力されて加算される。PI演算手段４４で求められた差分が、例えば、マイナスの値で第４加算手段５６に入力され、高値選択器４９で選択された差分が、例えば、プラスの値で第４加算手段５６に入力される。加算の結果は判定器５７に入力され、判定器５７では加算の結果が０以下かプラスかが判定される。即ち、加算の結果が０以下である場合、差圧制御により第２流量制御弁２１の開閉制御が実施されている状態で、加算の結果がプラスである場合、温度制御により第２流量制御弁２１の開閉制御が実施されている状態となる。判定器５７による判定結果、即ち、第２流量制御弁２１の開閉制御が温度制御によるか差圧制御によるかの判定結果は、図８に示した第３出力部３８に送られる。
【００４１】
図８に示すように、第３出力部３８には、第４変換演算手段６１及び第５変換演算手段６２が備えられ、第４変換演算手段６１及び第５変換演算手段６２にはガスタービン１の出力MWが入力される。第４変換演算手段６１では、出力MWが、差圧制御時における蒸気温度相当値として変換され、第５変換演算手段６２では、出力MWが、温度制御時における蒸気温度相当値として変換される。つまり、差圧制御用である第４変換演算手段６１で変換された蒸気温度相当値が、温度制御用である第５変換演算手段６２で変換された蒸気温度相当値よりも、低い値に設定されている。第４変換演算手段６１及び第５変換演算手段６２で変換された蒸気温度相当値は、それぞれ切換器６３に入力される。切換器６３には、前述した第２出力部３７の判定器５７からの判定結果が入力され、切換器６３では、判定結果に応じて蒸気温度相当値を選択して出力する。即ち、判定結果が０以下である場合、差圧制御用である第４変換演算手段６１で変換された蒸気温度相当値を出力し、判定結果がプラスである場合、温度制御用である第５変換演算手段６２で変換された蒸気温度相当値を出力する。
【００４２】
また、第３出力部３８には、関数手段５０２が備えられ、関数手段５０２には出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。関数手段５０２は、温度上昇につれて出力が増大する関数が記憶されている。関数手段５０２の出力は加算手段５０３の減算側に入力され、加算手段５０３の加算側には切換器６３からの出力が入力される。加算手段５０３では、切換器６３の出力値から関数手段５０２の出力値を減算する。一方、前述した温度設定演算手段４６で変換された蒸気温度相当値が加算手段５０１に入力され、加算手段５０１では所定のバイアス値が加算される。所定のバイアス値が加算された出力値と、加算手段５０３からの出力値は、高値選択器５０４に入力されて比較され、高い方の値が出力される。
【００４３】
一方、第２温度検出手段T3の検出情報が第３加算手段５２に入力され、第３加算手段５２には第３変換演算手段５１で変換された温度相当値が入力される。第３加算手段５２では、高値選択器５０４からの出力値と第２温度検出手段T3の検出情報との差を求め、第３PI演算手段５３では求められた差分を開度指令として演算して第３流量制御弁２２に出力する。従って、第３流量制御弁２２は、第２温度検出手段T3の検出情報に基づいて開閉が制御され、減温するための中圧給水量が温度制御及び差圧制御それぞれで適切に制御される。
【００４４】
つまり、上述した実施形態例では、温度制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときは、中圧給水量が減って蒸気温度が高くなり、結果として中圧蒸気量が増加して（第１流量制御弁２０が差圧検出手段P1の検出情報に基づいて開閉制御されている）高圧蒸気量を減らすことができる。また、差圧制御によるバックアップ制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときは、中圧給水量が増えて蒸気温度が低くなり、供給温度が低くなって高圧蒸気量を減らすことができる。この結果、高圧蒸気量を減らすことができ、プラント効率の低下を最小限に抑えることができる。
【００４５】
また、切換器６３の出力値から関数手段５０２（温度上昇につれ増大する関数）の出力値を減算して第３加算手段５２に入力することにより、第３流量制御弁２２の開度が開方向に制御され第２温度検出手段T3で検出される高圧バックアップ蒸気の温度(T3)が下がる。ただし、第３加算手段５２に与える蒸気温度相当値（＝蒸気温度T3）が蒸気温度（T1＋α）より低くなることはないので（高圧と中圧とが混合された後の温度T1は高圧の温度T3より低い）、図７の温度設定演算手段４６の出力値（＝蒸気温度T1）に所定のバイアス値を加えた値、または、関数手段５０２の出力値を減算した値の高い方を第３加算手段５２に入力している。即ち、燃焼器１７出口蒸気温度の上昇にて高圧バックアップ蒸気の温度を下げる（入口蒸気温度設定よりも高い範囲内で第３流量制御弁２２の温度設定を下げる）ようにし、第２流量制御弁２１が入口蒸気温度制御中には高圧バックアップ流量が増加し、出口蒸気温度を低下させることが可能になる。また、差圧制御で高圧バックアップ蒸気が導入される場合も、供給温度をさらに下げることで出口蒸気温度は低下しやすくなる。
【００４６】
上述した制御を実施する場合の蒸気設定温度とガスタービン１の出力MWとの関係を図９に示してある。
【００４７】
また、図９に示すように、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、第２流量制御弁２１及び第３流量制御弁２２の開閉の基になる蒸気設定温度が低くなるように設定されている。即ち、ガスタービン１の出力MWが高くなるにしたがって、高圧蒸気流量及び中圧給水流量が減少するように制御される。図中、実線が第２流量制御弁２１を開閉制御するための蒸気設定温度で、点線が温度制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときの第３流量制御弁２２を開閉制御するための蒸気設定温度で、一点鎖線が差圧制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときの第３流量制御弁２２を開閉制御するための蒸気設定温度である。温度制御によって第２流量制御弁２１が開閉制御されているときの第３流量制御弁２２を開閉制御するための蒸気設定温度が高くなっているため、第３流量制御弁２２は差圧制御のときに比べて閉まり側に制御されて中圧給水量が少なくなる。
【００４８】
図１０に基づいて本発明の第３実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を説明する。図１０には本発明の第３実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を備えた複合発電プラントの概略系統を示してある。尚、図１に示した複合発電プラントと構成部材は同一であるため、同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００４９】
図に示すように、中圧蒸気流量を制御する第１流量制御弁２０は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて開閉制御され、高圧蒸気流量を制御する第２流量制御弁２１は差圧検出手段P1の検出情報に基づいて開閉制御される。また、中圧給水量を制御する第３流量制御弁２２は、第２温度検出手段T3の検出情報に基づいて制御される。つまり、蒸気流路１６の蒸気温度に応じて第１流量制御弁２０が開閉制御されて中圧蒸気量が制御され、燃焼器１７の出入口圧力の差圧に応じて第２流量制御弁２１が開閉制御されて高圧蒸気量が制御される。そして、ガスタービン１の出力が高くなるにつれて蒸気流路１６の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように高圧蒸気量と中圧蒸気量が適切に制御される。
【００５０】
第３実施形態例の蒸気制御装置でも、前述した実施形態例と同様に、高圧蒸気と中圧蒸気を混合して、適正な温度及び流量に制御することができ、蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。
【００５１】
尚、蒸気流路１６の圧力状況及び温度状況に基づいて、中圧蒸気側の第１流量制御弁２０及び高圧蒸気側の第２流量制御弁２１の開閉を制御する構成であれば、各種検出情報は上述した実施形態例の検出手段に限定されるものではなく、検出手段として図示の検出手段のいずれかを省略してガスタービン１の負荷や各ドラムの圧力、ガスタービン１の翼環部のクリアランスを直接または間接に検出する等の手段を加えた構成としたり、各検出手段を必要に応じて適宜組み合わせて用いることが可能である。また、補助流体流路１９から導入する流体は、中圧給水に限定されず、高圧蒸気を減温できる流体であればよい。
【００５２】
本発明の第４実施形態例を図１１乃至図１４に基づいて説明する。図１１には本発明の第４実施形態例に係るガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの概略構成、図１２には第１流量制御弁の制御ブロック、図１３には第２流量制御弁の制御ブロック、図１４には蒸気量制御弁の制御ブロックを示してある。
【００５３】
図１１に示すように、ガスタービン１０１からの排気ガスが排熱回収ボイラ１０２に送られるようになっており、排熱回収ボイラ１０２には、高圧側ユニットとして高圧ドラム１０３及び第１高圧過熱器１０４、第２高圧過熱器１０５が備えられていると共に、低圧側ユニットとして中圧ドラム１０６、中圧過熱器１０７及び再熱器１０８が備えられている。高圧ドラム１０３で発生した蒸気は第１高圧過熱器１０４、第２高圧過熱器１０５を経て高圧側蒸気導入路１０９から高圧蒸気タービン１１０に送られる。高圧蒸気タービン１１０の排気蒸気は再熱器１０８を経て蒸気導入路１１１から中圧蒸気タービン１１２に送られる。そして、中圧蒸気タービン１１２の排気蒸気は低圧蒸気タービン１１３に送られ、復水器１１４で復水されて排熱回収ボイラ１０２側に回収される。一方、中圧ドラム１０６の蒸気は蒸気導入路としての中圧側蒸気導入路１１５から中圧過熱器１０７及び再熱器１０８を順次経て中圧蒸気タービン１１２に送られる。
【００５４】
中圧側蒸気導入路１１５から分岐して蒸気流路１１６が設けられ、蒸気流路１１６はガスタービン１０１の翼環及び高温部品である燃焼器１１７を経てバイパスし、中圧蒸気タービン１１２の入口側における蒸気導入路１１１に合流している。燃焼器１１７の出口側における蒸気流路１１６には第４流量制御弁２０１が設けられ、第４流量制御弁２０１の開閉により蒸気流路１１６の蒸気量が調整される。尚、第４流量制御弁２０１は燃焼器１１７の入口側における蒸気流路１１６に設けられることもある。また、第２高圧過熱器１０５の後流側の高圧側蒸気導入路１０９から分岐して高圧蒸気流路１１８が設けられ、高圧蒸気流路１１８はガスタービン１０１の前側における蒸気流路１１６に合流している。高圧蒸気流路１１８には中圧給水ポンプからの給水が導入される補助流体流路１１９が合流している。
【００５５】
蒸気流路１１６の分岐部の後流側における中圧側蒸気導入路１１５には第１流量制御弁１２０が設けられ、第１流量制御弁１２０の開閉により中圧側蒸気導入路１１５を流通する蒸気量が調整される。また、補助流体流路１１９の合流部の前流側における高圧蒸気流路１１８には第２流量制御弁１２１が設けられ、第２流量制御弁１２１の開閉により高圧蒸気流路１１８から蒸気流路１１６に導入される高圧蒸気の流量が調整される。即ち、蒸気流路１１６の蒸気の温度が調整される。更に、補助流体流路１１９には補助流体圧力制御弁としての第３流量制御弁１２２が設けられ、第３流量制御弁１２２の開閉により高圧蒸気流路１１８に適宜量の中圧給水が導入されて高圧蒸気流路１１８内の蒸気が減温され、蒸気流路１１６に導入される高圧蒸気の温度が所定温度に制御される。
【００５６】
高圧蒸気流路１１８の合流部とガスタービン１０１との間における蒸気流路１１６には温度検出手段T1が設けられ、温度検出手段T1によりガスタービン１０１に導入される蒸気の温度が検出される。蒸気流路１１６の燃焼器１１７の入口側と出口側の蒸気圧力差を検出する差圧検出手段P1が設けられ、差圧検出手段P1により燃焼器１１７を流通する蒸気の差圧、即ち、流量が検出される。また、補助流体流路１１９の合流部の後流側における高圧蒸気流路１１８には補助蒸気温度検出手段としての第２温度検出手段T3が設けられ、第２温度検出手段T3により高圧蒸気流路１１８の蒸気温度が検出される。尚、図中の符号で、P2は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の入口側の蒸気圧力を検出する入口圧力検出手段、P3は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の出口側の蒸気圧力を検出する出口圧力検出手段、T2は蒸気流路１１６の燃焼器１１７の出口側の蒸気温度を検出する冷却後蒸気温度検出手段としての出口温度検出手段である。また、燃焼器１１７の入口側には燃焼器１１７の車室圧を検出する車室圧検出手段P4が設けられている。
【００５７】
温度検出手段T1、差圧検出手段P1及び第２温度検出手段T3、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3、出口温度検出手段T2及び車室圧検出手段P4の検出情報は制御手段１２５に入力される。また、制御手段１２５にはガスタービン１０１の出力MWが入力される。制御手段１２５からは、第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１、第３流量制御弁１２２及び第４流量制御弁２０１に開閉指令が出力される。
【００５８】
差圧検出手段P1の検出情報に応じて（差圧に応じて）第１流量制御弁１２０を開閉させることにより、中圧蒸気タービン１１２側への蒸気の流通が規制されてガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気流量が適正に制御される。また、差圧検出手段P1及び温度検出手段T1の検出情報に応じて第２流量制御弁１２１を開閉させると共に、第２温度検出手段T3の検出情報に応じて第３流量制御弁１２２を開閉させることにより、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気量が適正流量を保った状態で適正に制御される。また、車室圧検出手段P4の検出情報に応じて第４流量制御弁２０１を開閉させることにより、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気流量が適正に制御される。
【００５９】
この時、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気量が適正を保っているにも拘らず何らかの異常により蒸気温度が上昇した場合、出口温度検出手段T2の検出情報に応じて、第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１、第３流量制御弁１２２及び第４流量制御弁２０１が開閉され、蒸気流路１１６の蒸気量が増やされてガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気温度の過上昇が防止される。
【００６０】
つまり、制御手段１２５では、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７の必要冷却蒸気量が演算されると共に必要冷却蒸気量に見合った差圧が演算され、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第１流量制御弁１２０に開閉指令を出力する。これにより、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７には必要冷却蒸気量が供給される。また、制御手段１２５では、ガスタービン１０１の必要蒸気温度が演算されると共に温度検出手段T1の検出値が演算された温度となるように第２流量制御弁１２１に開閉指令を出力する。このとき、制御手段１２５では、蒸気流路１１６に導入される蒸気温度（第２温度検出手段T3の検出情報及び温度検出手段T1の検出情報）に基づいて第３流量制御弁１２２に開閉指令が出力され、中圧給水の量が適宜制御されて高圧蒸気流路１１８の蒸気温度が所定温度に減温される。また、制御手段１２５では、燃焼器１１７の車室圧に応じて第４流量制御弁２０１に開閉指令を出力する。
【００６１】
温度制御によりガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を流通する蒸気流量が増減すると、差圧検出手段P1の検出情報により第１流量制御弁１２０が開閉制御され、規定の蒸気流量が確保されているが、負荷変動等により中圧蒸気の発生遅れ等が生じ、蒸気流路１１６を流通する蒸気の絶対流量が不足した場合は、温度制御に優先して、差圧検出手段P1の検出値が演算された差圧となるように第２流量制御弁１２１が開閉制御され、高圧蒸気を導入することで蒸気流量を確保する（バックアップ制御）。即ち、第２流量制御弁１２１には差圧制御においても開閉指令が出力され、温度制御による開度指令と、差圧制御による開度指令の高い値を選択して第２流量制御弁１２１の開度として制御されるようになっている。
【００６２】
上述した蒸気制御装置では、温度の低い中圧ドラム１０６側の発生蒸気と、温度の高い高圧ドラム１０３の発生蒸気とを混合し、混合した蒸気流量及び蒸気温度を適切に制御してガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７に導入している。また、混合を最適に行うため、中圧側蒸気導入路１１５に設けられた第１流量制御弁１２０の開閉により蒸気流量が制御され、高圧蒸気流路１１８に設けられた第２流量制御弁１２１の開閉により高圧蒸気流量を調整して蒸気温度が制御されている。また、中圧蒸気が不足した場合には、バックアップ制御により第２流量制御弁１２１を開閉して高圧蒸気を流量確保のために導入するようにしている。更に、燃焼器１１７の車室圧に応じて第４流量制御弁２０１を開閉して蒸気流路１１６を流通する蒸気の流量が制御されている。このため、ガスタービン１０１の翼環に蒸気を導入してクリアランスを適正に保つための蒸気温度調整と、燃焼器１１７を適正に冷却するための蒸気流量調整という、異なる要求を同時に満たすことができ、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器１７の冷却制御とを両立させることが可能になる。
【００６３】
図１２乃至図１４に基づいて第１流量制御弁１２０、第２流量制御弁１２１及び第４流量制御弁２０１の制御状況を詳細に説明する。図１２には第１流量制御弁１２０の制御ブロック構成、図１３には第２流量制御弁１２１の制御ブロック構成、図１４には第４流量制御弁２０１の制御ブロック構成を示してある。
【００６４】
図１２に示すように、制御手段１２５の演算手段１４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、変換演算手段１４２にはガスタービン１０１の出力MWが入力され、変換演算手段１４２では出力MWが、要求される蒸気流量として変換されて加算手段１５１に入力される。一方、出口温度検出手段T2の検出情報に基づいて温度に応じたバイアスが関数手段１５０で演算されて加算手段１５１で要求される蒸気流量に加算され、演算手段１４１に入力される。
【００６５】
具体的に要求される冷却蒸気流量は、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって多くなるようにバイアス値が設定されている。即ち、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって第１流量制御弁１２０が閉側に作動されて蒸気流路１１６に送られる蒸気量が多くなるように制御される。演算手段１４１では入力情報を差圧相当値に変換して加算手段１４３に出力し、加算手段１４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段１４３では、演算手段１４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段１４４では求められた差分を０側情報の開度指令として、０側情報を選択手段１５２に送る。選択手段１５２には全閉指令（最小開度、例えば３％乃至５％の開度）が指令手段１５３から１側情報として送られている。
【００６６】
選択手段１５２は通常はオフにされ、比較手段１５４からの指令があった際にオンになる。即ち、選択手段１５２は、オンになることで０側情報から１側情報に出力指令が切り換えられるようになっており、オフの場合、０側情報の開度指令（ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況に応じた開度指令）が第１流量制御弁１２０に出力され、オンの場合、１側情報の開度指令（全閉指令）が第１流量制御弁１２０に出力される。比較手段１５４には出口温度検出手段T2の検出情報が入力され、比較手段１５４の結果が選択手段１５２に送られる。比較手段１５４で出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えているとされた場合、比較手段１５４から選択手段１５２にオン信号が出され、選択手段１５２が１側情報の開度指令に切り換えられる。
【００６７】
従って、第１流量制御弁１２０は、ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況の検出情報に基づいて蒸気流路１１６の蒸気量が所定流量となるように開閉が制御されると共に、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度に応じて、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には温度上昇分蒸気流路１１６の蒸気量が増加するように閉側に制御される。更に、第１流量制御弁１２０は、出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えた場合には全閉指令（最小開度指令）により全閉状態とされ、中圧ドラム１０６からの蒸気が蒸気流路１１６に全量送られる。
【００６８】
図１３に示すように、制御装置１２５の演算手段１４１には、温度検出手段T1、入口圧力検出手段P2、出口圧力検出手段P3及び出口温度検出手段T2の検出情報が入力される。また、第２変換演算手段１４５にはガスタービン１０１の出力MWが入力され、第２変換演算手段１４５では出力MWが、要求されるバックアップ用蒸気流量として変換されて加算手段１６２に入力される。一方、出口温度検出手段T2の検出情報に基づいて温度に応じたバイアスが関数手段１６１で演算されて加算手段１６２で要求されるバックアップ用蒸気流量に加算され、演算手段１４１に入力される。
【００６９】
そして、演算手段１４１では入力情報が差圧相当値に変換され加算手段１４３に出力され、加算手段１４３には差圧検出手段P1の検出情報が入力される。加算手段１４３では、演算手段１４１からの差圧相当値の情報と差圧検出手段P1の検出情報との差を求め、PI演算手段１４４では求められた差分を開度指令として演算する。
【００７０】
具体的に要求される冷却蒸気流量は、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって多くなるようにバイアス値が設定されている。即ち、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって第２流量制御弁１２１が開側に作動されて高圧蒸気流路１１８から蒸気流路１１６に送られる蒸気量が多くなるように制御される。
【００７１】
一方、温度検出手段T1の検出情報が加算手段６０１に減算側として入力され、ガスタービン１０１の出力MWが温度設定演算手段６０２で蒸気温度相当の値とされ加算手段６０１に加算側として入力される。加算手段６０１では、温度設定演算手段６０２からの蒸気温度相当値の情報と温度検出手段T1の検出情報との差を求め、PI演算手段６０３では求められた差分を開度指令として演算する。また、PI演算手段６０３からの開度指令（差圧制御）と、PI演算手段１４４からの開度指令（温度制御）とが高値選択器６０４で比較され、高値選択器６０４では高い方の値を開度指令として第２流量制御弁１２１に出力する。
【００７２】
従って、第２流量制御弁１２１は、ガスタービン１０１の出力MW及び蒸気流路１１６の状況の検出情報に基づいて蒸気流路１１６の蒸気量が所定流量となるように開閉が制御されると共に、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度に応じて、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には温度上昇分蒸気流路１１６の蒸気量が増加するように開側に制御される。また、第２流量制御弁１２１は、温度検出手段T1の検出情報に基づいて温度制御により開閉が制御されると同時に、差圧検出手段P1の検出情報に基づいて差圧制御により開閉が制御され（バックアップ制御）、蒸気温度が適切に制御されると同時に蒸気流量が確保される。つまり、中圧ドラム１０６側の蒸気流量が不足した場合には、差圧制御が優先されて高圧蒸気が流量確保のために導入される。
【００７３】
図１４に示すように、制御装置１２５の加算手段２１０には指令手段２１１からの指令情報と車室圧検出手段P4の検出情報が入力される。加算手段２１０からの情報は加算手段２１２で出口圧力検出手段P3の検出情報が加算される。これらの情報に基づいてPI演算手段２１３では第４流量制御弁２０１の開度指令が演算される。PI演算手段２１３では求められた開度指令を０側情報として、０側情報を選択手段２１４に送る。選択手段１５２には全開指令が指令手段２１５から１側情報として送られている。
【００７４】
選択手段２１５は通常はオフにされ、比較手段２１６からの指令があった際にオンになる。即ち、選択手段２１５は、オンになることで０側情報から１側情報に出力指令が切り換えられるようになっており、オフの場合、０側情報の開度指令（車室圧力及び燃焼器１１７の出口側圧力に応じた開度指令）が第４流量制御弁２０１に出力され、オンの場合、１側情報の開度指令（全開指令）が第４流量制御弁２０１にに出力される。比較手段２１６には出口温度検出手段T2の検出情報が入力され、比較手段２１６の結果が選択手段２１４に送られる。比較手段２１６で出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えているとされた場合、比較手段２１６から選択手段２１５にオン信号が出され、選択手段２１４が１側情報の開度指令に切り換えられる。
【００７５】
従って、燃焼器１１７の出口側の温度が上昇して出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が所定値（上限値）を越えた場合には、第４流量制御弁２０１が全開となって冷却用蒸気が増量される。これにより、所定量に冷却蒸気量が制御されているにも拘らず冷却蒸気温度が上昇して所定値（上限値）を越えた場合も、冷却蒸気量が増量されるようになっている。
【００７６】
このため、燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際には、出口温度検出手段T2で検出される蒸気温度が高くになるにしたがって冷却用蒸気が増量されると共に、出口温度検出手段T2の検出情報が所定値（上限値）を越えた場合には、中圧ドラム１０６からの蒸気が蒸気流路１１６に全量送られると共に第４流量制御弁２０１が全開となって冷却用蒸気が増量される。これにより、所定量に冷却蒸気量が制御されているにも拘らず冷却蒸気温度が上昇しても、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７が保護されるようになっている。
【００７７】
従って、何らかの異常によりガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７に供給される冷却蒸気の温度が上昇して損傷等の虞が生じた場合に、ガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７に送られる冷却蒸気の流量を増加して翼環及び燃焼器１１７を保護することが可能になる。従って、燃焼器１１７の出口側の温度が上昇してもインターロック機能を用いることなくガスタービン１０１の翼環及び燃焼器１１７を保護することができる蒸気制御装置となる。
【００７８】
このため、ガスタービン１０１の翼環に蒸気を導入してクリアランスを適正に保つための蒸気温度調整と、燃焼器１１７を適正に冷却するための蒸気流量調整という、異なる要求を翼環及び燃焼器１１７を保護した状態で同時に満たすことができ、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器１１７の冷却制御とを高い信頼性で両立させることが可能になる。
【００７９】
燃焼器１１７の出口側の温度が高くなった際における第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の開閉制御は、例えば、第１流量制御弁１２０の閉動作により中圧ドラム１０６からの蒸気を蒸気流路１１６に送り、第１流量制御弁１２０を全閉状態にしても燃焼器１１７の出口側の温度が高い場合に第２流量制御弁１２１を開動作させて高圧蒸気流路１１８側からの蒸気量を増量するようになっている。そして、燃焼器１１７の出口側の温度が所定値（上限値）を越えた場合に第４流量制御弁２０１を全開にして冷却用蒸気を増量する。尚、第１流量制御弁１２０及び第２流量制御弁１２１の開閉制御の状況は、設備の能力等により適宜設定され、所定流量の確保と所定温度の確保が両立できるように他の制御弁との開閉と組み合わせて実施される。また、第４流量制御弁２０１の開閉制御は、燃焼器１１７の出口側の温度が所定値（上限値）を越える前に上昇した温度に応じて適宜開閉し、所定値（上限値）を越えたときに全開にするようにしてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
本発明のタービンの蒸気制御装置は、ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラの低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、排熱回収ボイラの高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路及び高圧蒸気流路の蒸気を調節することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気流量及び蒸気温度を調整する流量調整制御手段とを備え、前記流量調整制御手段は、蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気タービンに流通する蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の流量を制御する第１流量制御弁と、高圧蒸気流路に設けられ高圧側蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の温度を制御する第２流量制御弁と、高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気温度を検出する温度検出手段と、高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気圧力状況を検出する圧力検出手段と、温度検出手段及び圧力検出手段の検出状況に基づいて第１流量制御弁及び第２流量制御弁を制御することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気の温度及び流量を所定状態に維持する制御手段とからなるので、高圧蒸気と中圧蒸気を混合して、ガスタービンと高温部品側に導入する蒸気を適正な温度及び流量に制御することができ、蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。この結果、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを両立させることが可能になる。また、高価な検出手段や弁部材を用いることなく蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。
【００８２】
また、高温部品は燃焼器であり、圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、制御手段には、差圧検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられているので、ガスタービンの運転状況に応じて最適に蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。
【００８３】
また、制御手段には、差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御するに際し、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令と温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令とを比較し、開度が高い方の指令により第１流量制御弁の開閉を制御する機能が備えられているので、高圧側蒸気を流量確保のためのバックアップ蒸気として用いることができる。
【００８４】
また、制御手段には、第２流量制御弁の開閉が、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるか温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるかを判断する機能が備えられ、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度を、温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度よりも開側に設定する機能が備えられているので、高圧側蒸気が適用される制御に応じて高圧側蒸気の温度を変更して高圧側蒸気流量を最小限に抑えることができる。
【００８５】
また、高温部品は燃焼器であり、圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、制御手段には、温度検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられているので、高圧蒸気と中圧蒸気を混合して、適正な温度及び流量に制御することができ、蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができる。
【００８８】
また、本発明のガスタービンの蒸気制御装置は、ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気流路に導入される蒸気量を制御する第１流量制御弁と、高圧蒸気流路に設けられた第２流量制御弁と、ガスタービンの翼環及び高温部品を流通した後の蒸気温度を検出する流通後蒸気温度検出手段と、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路に流入する蒸気流量を調整するために第１流量制御弁の開閉制御を行うと共に高圧蒸気流路の蒸気流量を調整するために第２流量制御弁の開閉制御を行いガスタービンの翼環及び高温部品を流通する蒸気流量を所定状態に制御する制御手段とを備えたので、ガスタービンの翼環と高温部品側に導入する蒸気を適正な温度及び流量に制御することができ、蒸気温度の調節と蒸気流量の確保という２つの異なる要求を同時に満たすことができると共に、温度制御後の蒸気温度が高くなった際にはガスタービンの翼環及び高温部品に導かれる蒸気流量を増量するように第１流量制御弁及び第２流量制御弁を制御することで温度制御用の蒸気量を増量して翼環及び高温部品の保護が可能になる。この結果、蒸気による翼環部のクリアランス制御と蒸気による燃焼器等の高温部品の冷却制御とを高い信頼性で両立させることが可能になると共に、高温部品の出口側の温度が上昇してもインターロック機能を用いることなく翼環部及び高温部品が保護される。
【００８９】
そして、ガスタービンの翼環及び高温部品の後流側における蒸気流路には第４流量制御弁が設けられ、制御手段には、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路の流量を制御して蒸気流路の流量を確保するように第４流量制御弁の開閉制御を行なう機能と、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに第４流量制御弁を全開に制御する機能とが備えられているので、蒸気温度が上限値を越えたときには最大量を蒸気流路に通すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を備えた複合発電プラントの概略構成図。
【図２】流量調整手段の制御ブロック図。
【図３】流量調整手段の制御ブロック図。
【図４】流量調整手段の制御ブロック図。
【図５】ガスタービン出力と蒸気流量の関係を表すグラフ。
【図６】ガスタービン出力と蒸気設定温度の関係を表すグラフ。
【図７】第２実施形態例に係る制御手段のブロック構成図。
【図８】第２実施形態例に係る制御手段のブロック構成図。
【図９】ガスタービン出力と蒸気設定温度の関係を表すグラフ。
【図１０】本発明の第３実施形態例に係るタービンの蒸気制御装置を備えた複合発電プラントの概略構成図。
【図１１】本発明の第４実施形態例に係るガスタービンの蒸気冷却装置を備えた複合発電プラントの概略構成図。
【図１２】第１流量制御弁の制御ブロック図。
【図１３】第２流量制御弁の制御ブロック図。
【図１４】蒸気量制御弁の制御ブロック図。
【符号の説明】
１ ガスタービン
２ 排熱回収ボイラ
３ 高圧ドラム
４ 第１高圧過熱器
５ 第２高圧過熱器
６ 中圧ドラム
７ 中圧過熱器
８ 再熱器
９ 高圧側蒸気導入路
１０ 高圧蒸気タービン
１１ 蒸気導入路
１２ 中圧蒸気タービン
１３ 低圧蒸気タービン
１４ 復水器
１５ 中圧側蒸気導入路
１６ 蒸気流路
１７ 燃焼器
１８ 高圧蒸気流路
１９ 補助流体流路
２０ 第１流量制御弁
２１ 第２流量制御弁
２２ 第３流量制御弁
２５ 制御手段
３１ 第１出力部
３２，３７ 第２出力部
３３，３８ 第３出力部
４１ 演算手段
４２ 変換演算器
４３ 加算手段
４４ PI演算手段
４５ 第２変換演算手段
４６ 温度設定演算手段
４７ 第２加算手段
４８ 第２PI演算手段
４９ 高値選択器
５１ 第３変換演算手段
５２ 第３加算手段
５３ 第３PI演算手段
５６ 第４加算手段
５７ 判定器
６１ 第４変換演算手段
６２ 第５変換演算手段
６３ 切換器
Claims (7)
- ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、排熱回収ボイラの低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、排熱回収ボイラの高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路及び高圧蒸気流路の蒸気を調節することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気流量及び蒸気温度を調整する流量調整制御手段とを備え、
前記流量調整制御手段は、
蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気タービンに流通する蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の流量を制御する第１流量制御弁と、
高圧蒸気流路に設けられ高圧側蒸気量を調整することで蒸気流路の蒸気の温度を制御する第２流量制御弁と、
高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気温度を検出する温度検出手段と、
高圧蒸気流路の合流部の後流側における蒸気流路の蒸気圧力状況を検出する圧力検出手段と、
温度検出手段及び圧力検出手段の検出状況に基づいて第１流量制御弁及び第２流量制御弁を制御することでガスタービンの翼環及び高温部品に流通する蒸気の温度及び流量を所定状態に維持する制御手段と
からなることを特徴とするタービンの蒸気制御装置。 - 請求項１において、
高温部品は燃焼器であり、
圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、
第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、
補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、
制御手段には、
差圧検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられている
ことを特徴とするタービンの蒸気制御装置。 - 請求項２において、
制御手段には、
差圧検出手段及び温度検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御するに際し、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令と温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令とを比較し、開度が高い方の指令により第２流量制御弁の開閉を制御する機能が備えられている
ことを特徴とするタービンの蒸気制御装置。 - 請求項３において、
制御手段には、
第２流量制御弁の開閉が、差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるか温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令であるかを判断する機能が備えられ、
差圧検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度を、温度検出手段の検出情報に基づく開閉指令である場合における第３流量制御弁の開度よりも開側に設定する機能が備えられている
ことを特徴とするタービンの蒸気制御装置。 - 請求項１において、
高温部品は燃焼器であり、
圧力検出手段は、燃焼器の入口蒸気圧力と出口蒸気圧力の差圧を検出する差圧検出手段であり、
第２流量制御弁の後流側の高圧蒸気流路には第３流量制御弁を有する補助流体導入路が合流し、
補助流体導入路の合流部の後流側の高圧蒸気流路には第２温度検出手段が設けられ、
制御手段には、
温度検出手段の検出情報に基づいて第１流量制御弁の開閉を制御すると共に、差圧検出手段の検出情報に基づいて第２流量制御弁の開閉を制御し、更に、第２温度検出手段の検出情報に基づいて第３流量制御弁の開閉を制御し、ガスタービンの出力が高くなるにつれて蒸気流路の蒸気流量を多くすると共に蒸気温度が所定温度に低下するように制御する機能が備えられている
ことを特徴とするタービンの蒸気制御装置。 - ガスタービンの排気ガスによって高圧側蒸気を発生させる高圧ユニット及び低圧側蒸気を発生させる低圧側ユニットを備えた排熱回収ボイラと、排熱回収ボイラで発生した蒸気により作動する蒸気タービンと、低圧側ユニットからの低圧側蒸気を蒸気タービンに導入する低圧側蒸気導入路と、高圧側ユニットからの高圧側蒸気を蒸気タービンに導入する高圧側蒸気導入路と、低圧側蒸気導入路から分岐して設けられ低圧側ユニットからの低圧蒸気をガスタービンの翼環及び高温部品にバイパスする蒸気流路と、高圧側蒸気導入路から分岐して設けられガスタービンの翼環及び高温部品の前側における蒸気流路に合流する高圧蒸気流路と、蒸気流路の分岐部の後流側における低圧側蒸気導入路に設けられ蒸気流路に導入される蒸気量を制御する第１流量制御弁と、高圧蒸気流路に設けられた第２流量制御弁と、ガスタービンの翼環及び高温部品を流通した後の蒸気温度を検出する流通後蒸気温度検出手段と、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路に流入する蒸気流量を調整するために第１流量制御弁の開閉制御を行うと共に高圧蒸気流路の蒸気流量を調整するために第２流量制御弁の開閉制御を行いガスタービンの翼環及び高温部品を流通する蒸気流量を所定状態に制御する制御手段とを備えたことを特徴とするガスタービンの蒸気制御装置。
- 請求項６において、
ガスタービンの翼環及び高温部品の後流側における蒸気流路には第４流量制御弁が設けられ、
制御手段には、流通後蒸気温度検出手段の検出情報に基づいて蒸気流路の流量を制御して蒸気流路の流量を確保するように第４流量制御弁の開閉制御を行なう機能と、流通後蒸気温度検出手段により蒸気温度が上限値を越えたことが検出されたときに第４流量制御弁を全開に制御する機能とが備えられている
ことを特徴とするガスタービンの蒸気制御装置。
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